13.7 Показания при измерениях на опорной частоте в нормальных условиях

Необходимо определить погрешность показаний ускорения опорного сигнала на опорной частоте как разность между значением, показанным средством измерений, и тем, что получен в результате измерений в той же точке с помощью эталонного акселерометра.

Погрешность измерения параметра выражают в процентах измеренного с помощью эталонного акселерометра значения [см. формулу (15)].

Вначале амплитуду воспроизводимого опорного сигнала измеряют с помощью эталонного акселерометра, а затем проводят измерения, используя испытуемое средство измерений. Для этого средство измерений настраивают на измерения в опорном диапазоне, устанавливают режим полосовой фильтрации и линейного интегрирования и проводят измерения в течение не менее чем 30 с для локальной вибрации, 1 мин для общей вибрации и 5 мин для общей низкочастотной вибрации. Сигнал на входе измерительной цепи (сумма полезного сигнала и фонового шума) должен превышать фоновый шум не менее чем в 10 раз.

Для определения погрешности измерения проводят не менее трех измерений. Интервал между измерениями должен превышать время стабилизации, указанное в технической документации, чтобы перед получением нового показания были достигнуты одинаковые условия измерений. Разность между минимальным и максимальным показаниями для серии из трех измерений не должна превышать 3%.

Среднеарифметическое значение погрешности показаний измерений должно быть в пределах допусков, установленных в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.

Для каждой функции частотной коррекции на устройство входа электрического сигнала подают стационарный синусоидальный сигнал на опорной частоте. Регулируют амплитуду входного электрического сигнала таким образом, чтобы средством измерений было показано заданное значение для включенного фильтра частотной коррекции. Далее тот же электрический сигнал пропускают через полосовой фильтр, соответствующий той же функции частотной коррекции, умножают измеренное значение на значение функции частотной коррекции на опорной частоте (см. таблицу 1) и сравнивают с предыдущим измерением. Разность результатов измерений должна быть в пределах допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.

Для средств измерений, реализующих интегрирование по времени с использованием временного окна, на входное устройство подают стационарный синусоидальный электрический сигнал опорной частоты. Амплитуду входного сигнала регулируют таким образом, чтобы показания средства измерений с включенным полосовым фильтром функции частотной коррекции совпадали с заданным значением опорного сигнала в опорном диапазоне. Затем для того же входного сигнала получают показания с использованием временного окна. Разность между двумя показаниями должна быть в пределах допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.

13.8 Взаимное влияние измерительных каналов

Для средства измерений, имеющего два и более измерительных канала (например, предназначенного для измерений трехкомпонентной вибрации), проводят испытания по определению помех, создаваемых каналами друг другу.

Все каналы должны быть настроены на измерения в опорном диапазоне. На каждый канал по очереди подают опорный электрический сигнал на опорной частоте - в это время входы других каналов должны быть заглушены. Амплитуда тестового сигнала должна быть в пределах 5 дБ верхней границы диапазона измерений. В процессе испытания контролируют выход каждого из каналов.

В отношении выходного сигнала для каждого из каналов должны быть выполнены требования 5.16.

13.9 Линейность по амплитуде и индикация нечувствительности по входу

Испытания средства измерений на линейность по амплитуде проводят с использованием тестового стационарного синусоидального электрического сигнала на частотах, указанных в таблице 14. Линейность по амплитуде проверяют по измерениям параметра, требующего усреднения по времени, с установленным полосовым фильтром функции частотной коррекции.

Испытания на линейность в каждом диапазоне, за исключением опорного, на каждой тестовой частоте начинают с подачи тестового сигнала, амплитуда которого равна амплитуде опорного сигнала в опорном диапазоне частот, умноженной на коэффициент ослабления для данного диапазона измерений по отношению к опорному.

Тестовый сигнал подают на электрический вход измерительного блока. Амплитуду сигнала регулируют таким образом, чтобы показание средства измерений в опорном диапазоне совпадало со значением амплитуды опорного сигнала.

В опорном диапазоне измерений амплитуду входного сигнала на опорной частоте повышают с шагом приращения, указанным в таблице 14, от нижней границы диапазона до того значения, при котором впервые появляется индикация перегрузки. После этого амплитуду входного сигнала понижают с шагом, указанным в таблице 14, от значения, когда впервые наблюдалась индикация перегрузки, до заданной нижней границы. При этом регистрируют значения амплитуд входного сигнала и соответствующие им показания средства измерений.

Для каждой тестовой частоты и амплитуды сигнала - от нижней границы опорного диапазона до первого появления индикации перегрузки - отклонения от линейности по амплитуде должны быть в пределах допуска по 5.7. Протяженность линейного рабочего диапазона на опорной частоте в опорном диапазоне измерений должна удовлетворять требованиям к линейному рабочему диапазону по 5.7. Значение функции частотной коррекции для электрического сигнала на опорной частоте равно единице. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.

После испытаний в опорном диапазоне проверяют линейность по амплитуде в низшем и высшем диапазонах измерений. Испытания проводят для частот и приращений амплитуды сигнала, заданных в таблице 14, от начальной амплитуды вниз до нижней границы и вверх до верхней границы каждого диапазона измерений.

В каждом диапазоне измерений отклонение от линейности по амплитуде должно быть в пределах допуска по 5.7 на протяжении всего линейного рабочего диапазона, заданного технической документацией, и до появления индикации перегрузки. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.

Для средства измерений, осуществляющего интегрирование сигнала ускорения с использованием временного окна, у которого линейный рабочий диапазон превышает диапазон значений показывающего устройства, линейность по амплитуде может быть проверена с использованием тональной посылки, для которой амплитуда сигнала заполнения превышает верхнюю границу показываемых значений.

Для средств измерений, реализующих линейное усреднение по времени и имеющих рабочий диапазон, который превышает диапазон показываемых значений, линейность по амплитуде в диапазоне выше верхней границы показываемых значений может быть проверена с использованием прямоугольного импульса с заполнением, вырезанного из стационарного входного сигнала. Длительность импульса должна быть не менее 30 с для локальной вибрации и 5 мин для общей вибрации (для общей низкочастотной вибрации это испытание не проводят). Период интегрирования должен превышать длительность импульса.

Для каждого диапазона измерений и для каждой тестовой частоты в случае, когда показание средства измерений выше или равно заданной нижней границе диапазона измерений, индикация нечувствительности должна отсутствовать. Для каждого диапазона измерений и каждой тестовой частоты индикация нечувствительности должна появляться, как только уровень сигнала понижается на 1 дБ относительно нижней границы данного диапазона измерений.

13.10 Функции частотной коррекции и частотные характеристики соответствующих фильтров*(3)

13.10.1 Общие положения

Описанные в настоящем пункте методы оценки функции частотной коррекции и частотных характеристик фильтров предполагают отсутствие у средства измерений электрического выхода. При наличии электрического выхода и возможности его использования при испытании сначала проверяют соответствие между показаниями измеренного и показанного параметра корректированного ускорения и напряжениями на электрическом выходе. Данные, полученные в ходе испытаний по проверке частотных характеристик, не следует пытаться интерпретировать в целях оценки нелинейности.

Выбирают по одной функции частотной коррекции для каждого возможного применения средства измерений (оценка локальной, общей или общей низкочастотной вибрации), для которых испытания проводят с использованием как электрического, так и механического тестовых сигналов. Для остальных функций частотной коррекции испытания проводят с использованием только одного тестового сигнала - электрического или механического.

По возможности испытания проводят в опорном диапазоне измерений. При наличии сомнений в том, что требования к частотным характеристикам одинаково соблюдены для разных диапазонов измерений, проводят дополнительные испытания в других диапазонах. Все измерения выполняют в той области измерительного диапазона, где отклонения от линейности находятся в пределах допуска по 5.7.

Испытания частотных характеристик проводят с шагом приращения частоты не более чем в одну октаву в диапазонах частот, указанных в таблице 15.

Примечание - Методы испытаний фазочастотной характеристики функции частотной коррекции приведены в приложении Н.

13.10.2 Испытания с использованием механического тестового сигнала

Для оценки погрешности реализации частотной характеристики средства измерений проводят измерения ускорения (без частотной коррекции) с помощью эталонного акселерометра. Погрешность частотной характеристики определяют как разность между показанием средства измерений и произведением полученного с помощью эталонного акселерометра среднеквадратичного значения ускорения на значение функции частотной коррекции для данной частоты тестового сигнала. Акселерометр, входящий в состав испытуемого средства измерений, и эталонный акселерометр устанавливают так, как предписано ИСО 16063-21.

На опорной частоте регулируют амплитуду вибрации таким образом, чтобы измеренное средством измерений значение ускорения (после прохождения полосового фильтра) на 20 дБ превышало нижнюю границу заданного диапазона линейности. Заданную таким образом амплитуду тестового сигнала используют как базовое значение входного сигнала в последующих испытаниях.

Для каждой тестовой частоты с помощью эталонного акселерометра регулируют амплитуду тестового сигнала таким образом, чтобы она была равна . Для каждой тестовой частоты, определенной в соответствии с таблицей 15, регистрируют воспроизводимый входной сигнал и соответствующее показание средства измерений .

Относительную погрешность реализации частотной характеристики на частоте f определяют по формуле (16).

При определении амплитуды воспроизведенной на разных тестовых частотах вибрации учитывают частотную характеристику эталонного акселерометра.

Если входное ускорение , невозможно поддерживать постоянным во всем диапазоне частот, в измеренное средством измерений значение нужно внести соответствующую поправку, определяемую разностью результатов измерений, выполненных с помощью эталонного акселерометра, на тестовой и опорной частотах. Кроме того, при использовании на разных тестовых частотах разных амплитуд ускорения в измеренный сигнал следует внести соответствующую поправку на нелинейность.

В приложении F приведена информация об испытании системы крепления акселерометра.

13.10.3 Испытания с использованием электрического тестового сигнала

Синусоидальный электрический сигнал подают на электрический вход измерительного блока.

На опорной частоте регулируют амплитуду тестового сигнала таким образом, чтобы измеренное средством измерений значение (после прохождения сигналом полосового фильтра) на 20 дБ превышало нижнюю границу заданного диапазона линейности. Заданную таким образом амплитуду тестового сигнала используют как базовое значение в последующих испытаниях.

Для каждой тестовой частоты среднеквадратичное значение тестового сигнала регулируют таким образом, чтобы после прохождения сигналом соответствующего фильтра частотной коррекции на показывающем устройстве средства измерений появилось заданное базовое значение . Для каждой тестовой частоты, определенной в соответствии с таблицей 15, регистрируют значение амплитуды входного сигнала и соответствующее показание средства измерений .

Относительную погрешность частотной характеристики электрической цепи на частоте f определяют по формуле (19).

На любой тестовой частоте сумма среднеквадратичных значений входного сигнала и собственного шума должна по крайней мере в 10 раз превышать среднеквадратичное значение фонового шума.

Если невозможно поддерживать одно и то же показание во всем диапазоне частот, в измеренное средством измерений значение нужно внести соответствующую поправку, определяемую разностью входного электрического сигнала на тестовой и опорной частотах. Кроме того, при использовании на разных тестовых частотах разных амплитуд тестового сигнала в измеренный сигнал следует внести соответствующую поправку на нелинейность.

Максимальная расширенная неопределенность измерений для всех тестовых частот - 3%.

13.10.4 Проверка соответствия требованиям для других функций частотной коррекции

Для тех функций частотной коррекции, где в процессе испытаний был использован механический тестовый сигнал, относительную погрешность частотной характеристики определяют непосредственно по результатам испытаний как [см. формулу (16)], Если во время испытаний был использован только электрический тестовый сигнал, тогда для получения общей относительной погрешности частотной характеристики необходимо принимать во внимание относительную погрешность частотной характеристики датчика вибрации . Значения этой величины определяют, вычитая из для тех испытаний, где были использованы как электрический, так и механический тестовые сигналы.

Пример - Средство измерений позволяет проводить измерения с использованием двух функций частотной коррекции: и . Для испытания проводят с использованием электрического и механического тестовых сигналов, относительную погрешность частотной характеристики датчика вибрации определяют как разность между погрешностями, полученными с использованием механического и электрического тестовых сигналов. Эту погрешность добавляют к погрешности, полученной при использовании электрического тестового сигнала для частотной характеристики , чтобы получить общую относительную погрешность для данной частотной характеристики средства измерений.

Для всех реализуемых средством измерений функций частотной коррекции погрешность частотной характеристики должна быть в пределах допуска по 5.6. Максимальная расширенная неопределенность для всех тестовых частот - 5%.