TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10599-2:2014 (ISO 4965-2:2012) VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI – HIỆU CHUẨN LỰC ĐỘNG CHO THỬ NGHIỆM MỎI MỘT TRỤC – PHẦN 2: DỤNG CỤ ĐO CỦA CƠ CẤU HIỆU CHUẨN ĐỘNG LỰC HỌC (DCD)

TCVN 10599-2:2014

ISO 4965-2:2012

VẬT LIỆU KIM LOẠI – HIỆU CHUẨN LỰC ĐỘNG CHO THỬ NGHIỆM MỎI MỘT TRỤC – PHẦN 2: DỤNG CỤ ĐO CỦA CƠ CẤU HIỆU CHUẨN ĐỘNG LỰC HỌC (DCD)

Metallic materials – Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing – Part 2: Dynamic calibration device (DCD) instrumentation

Lời nói đầu

TCVN 10599-2:2014 hoàn toàn tương đương ISO 4965-2:2012.

TCVN 10599-2:2014 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 164, Thử cơ lý kim loại biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10599 (ISO 4965), Vật liệu kim loại – Hiệu chuẩn lực động cho thử nghiệm mỏi một trục gồm các phần sau:

– Phần 1: Hệ thống thử nghiệm;

– Phần 2: Dụng cụ đo của cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD).

Lời giới thiệu

Trong thử nghiệm động lực học, lực tác động lên mẫu thử có thể khác lực do hệ thống thử nghiệm chỉ báo một cách đáng kể. Sai số động lực học là do các lực quán tính tác động vào bộ chuyển đổi lực và bất cứ sai số động lực học nào trong các thiết bị điện tử của hệ thống chỉ báo lực. Lực quán tính làm cân bằng khối lượng kẹp chặt (được đặt giữa bộ chuyển đổi lực và mẫu thử) được nhân với gia tốc cục bộ của khối lượng này, và do đó phụ thuộc vào:

a) biên độ của chuyển động,

b) tần số của chuyển động, và

c) khối lượng kẹp chặt.

Biên độ của chuyển động sẽ phụ thuộc vào lực tác dụng và kết cấu cơ khí của hệ thống thử nghiệm, bao gồm cả biến dạng đàn hồi của hệ truyền lực, mẫu thử, khung chịu lực và giá lắp ráp cơ bản.

TCVN10599-1 (ISO 4965-1) mô tả hai phương pháp xác định đặc tính của hệ thống thử nghiệm. Cả hai phương pháp này yêu cầu dụng cụ đo của DCD được hiệu chuẩn trước phù hợp với tiêu chuẩn này.

VẬT LIỆU KIM LOẠI – HIỆU CHUẨN LỰC ĐỘNG CHO THỬ NGHIỆM MỎI MỘT TRỤC – PHẦN 2: DỤNG CỤ ĐO CỦA CƠ CẤU HIỆU CHUẨN ĐỘNG LỰC HỌC (DCD)

Metallic materials – Dynamic force calibration for uniaxial fatigue testing – Part 2: Dynamic calibration device (DCD) instrumentation

1. Phạm vi áp dụng

Để hiệu chuẩn động lực học hệ thống thử nghiệm một trục, cần phải đo các lực tác dụng lên mẫu thử với các mức chính xác đã cho – yêu cầu này do cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (DCD) thực hiện thay cho mẫu thử và phương pháp hiệu chuẩn được mô tả trong TCVN 10599-1 (ISO 4965-1). Tiêu chuẩn này quy định quy trình hiệu chuẩn dùng cho dụng cụ đo của DCD. Phương pháp phân tích kết quả cũng được mô tả, dẫn đến một dải tần số thử ở đó dụng cụ đo có hiệu lực cho sử dụng với các DCD phù hợp với TCVN 10599-1 (ISO 4965-1).

2. Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

2.1. Cơ cấu hiệu chuẩn động lực học (dynamic calibration device, DCD) Mẫu thử sao chép hoặc cơ cấu thử.

2.2. Điện áp kích thích của DCD (DCD energising voltage, VE)

Điện áp một chiều (DC) để kích thích cầu đo biến dạng của DCD.

CHÚ THÍCH: Điện áp kích thích của DCD được biểu thị bằng Vôn.

2.3. Dụng cụ đo của DCD (DCD instrumentation)

Dụng cụ đo được sử dụng kết hợp cùng với DCD, bao gồm cả các bộ phận điện tử và hiển thị, xử lý tín hiệu đầu ra cầu đo biến dạng.

CHÚ THÍCH: Dụng cụ đo của DCD cũng có thể cung cấp điện áp kích thích cho DCD – nó cũng có thể hiển thị tín hiệu ra của DCD như một tỷ số mV/V.

2.4. Chuẩn điện áp động lực học (dynamic voltage reference standard)

Dụng cụ có khả năng tạo ra sóng điện áp hình sin riêng (có độ lớn tỷ lệ với các điện áp kích thích thực hoặc danh nghĩa của DCD) và điện áp một chiều (DC).

CHÚ THÍCH 1: Chuẩn điện áp động lực học có thể là hai chi tiết riêng biệt của thiết bị, một tạo ra các điện áp một chiều và một tạo ra sóng hình sin.

CHÚ THÍCH 2: Xem các tài liệu tham khảo [1], [2], [3].

2.5. Giá trị điện áp đỉnh (peak voltagge value)

Giá trị lớn nhất của điện áp chứa trong một sóng hình sin được tạo ra hoặc đo được.

2.6. Giá trị điện áp đáy (valley voltage value)

Giá trị nhỏ nhất của điện áp chứa trong một sóng hình sin được tạo ra hoặc đo được.

3. Nguyên lý

Tạo ra một bộ các điện áp một chiều bằng chuẩn điện áp động lực học. Xác định độ chênh lệch giữa các giá trị đo do dụng cụ của DCD hiển thị và các giá trị do chuẩn điện áp động lực học tạo ra.

Theo cách tương tự, tạo ra một bộ các sóng hình sin bằng chuẩn điện áp động lực học trong dải từ tần số DC tới tần số thử lớn nhất với các biên độ và độ dịch tần thay đổi. So sánh các giá trị điện áp đỉnh và đáy được hiển thị trên dụng cụ đo của DCD với giá trị được tạo ra bởi chuẩn điện áp động lực học.

Để mô phỏng các điều kiện phòng thử nghiệm, lặp lại sự hiệu chuẩn hình sin với lượng độ méo sóng hài đã hết để bảo đảm rằng dụng cụ đo của DCD có khả năng đo một cách chính xác các giá trị của điện áp đỉnh và điện áp đáy.

4. Yêu cầu chung

4.1. Nhiệt độ

Phải thực hiện hiệu chuẩn dụng cụ đo của DCD trong phạm vi nhiệt độ từ 18^oC đến 28^oC với nhiệt độ thực được báo cáo.

4.2. Dụng cụ đo của DCD

Dụng cụ đo của DCD đọc và hiển thị tín hiệu ra của DCD. Khi điện áp kích thích một chiều của DCD (V_E) cũng do dụng cụ đo của DCD cung cấp, tín hiệu ra này sẽ là một giá trị mV/V – khi điện áp này do một nguồn bên ngoài cung cấp thì tín hiệu ra này đơn giản sẽ là một giá trị mV (có thể được chuyển đổi thành một giá trị mV/V bằng cách chia cho điện áp kích thích từ bên ngoài). Khi tín hiệu ra của DCD thay đổi theo dạng hình sin (do bị tác động bởi một lực động), dụng cụ đo phải biểu thị các giá trị đỉnh và đáy của tín hiệu ra này. Độ phân giải của dụng cụ đo của DCD không được lớn hơn 0,0001 mV/V (tương đương với 0,0001 V_E mV).

4.3. Chuẩn điện áp động lực học

Chuẩn điện áp động lực học tạo ra các mức điện áp DC và các sóng điện áp hình sin (được quy định dưới dạng biên độ, tần số và sự dịch chuyển DC) theo các chuẩn điện áp động lực học có thể tạo ra lượng độ méo sóng hài quy định được bổ sung và sóng điện áp để cho phép xác định đặc tính của dụng cụ đo của DCD trong các điều kiện không phải là lý tưởng.

Độ không đảm bảo mở rộng (ở mức độ tin cậy xấp xỉ 95%) trong các điện áp đỉnh và đáy do chuẩn điện áp động lực học tạo ra không được vượt quá 0,2% phạm vi điện áp (nghĩa là điện áp đỉnh – điện áp đáy). Trong trường hợp dòng một chiều (DC), độ không đảm bảo mở rộng (ở mức độ tin cậy xấp xỉ 95%) điện áp được tạo ra không được vượt quá 2 V_E µV (ví dụ, đối với điện áp kích thích 10 V, chuẩn điện áp phải có khả năng tạo ra các điện áp DC vi sai trong phạm vi từ – 20 mV đến + 20 mV, với độ không đảm bảo mở rộng 20 µV).

Độ chênh lệch giữa trở kháng ra của chuẩn điện áp động lực học và trở kháng ra của bất cứ DCD nào được sử dụng với dụng cụ đo của DCD trong TCVN 10599-1 (ISO 4965-1) không được nhỏ hơn 0,05% trở kháng vào nhỏ nhất của dụng cụ đo trên DCD trong suốt dải tần hiệu chuẩn của nó.

CHÚ THÍCH: Trở kháng vào của dụng cụ đo trên DCD rất có thể giảm đi với việc tăng tần số, và sự không tương hợp giữa trở kháng vào của dụng cụ đo và trở kháng ra của hệ thống được kết nối với dụng cụ đo sẽ dẫn đến các sai số – vì vậy, điều quan trọng là phải sử dụng giá trị nhỏ nhất của trở kháng vào. Ví dụ, đối với dụng cụ đo của DCD có trở kháng vào nhỏ nhất là 100 kΩ được sử dụng với các DCD có trở kháng ra 350 Ω thì trở kháng ra của chuẩn điện áp động lực học cần nằm giữa 350 Ω và 400 Ω.

Chuẩn điện áp động lực học phải được cấp chứng chỉ theo các chuẩn đo điện quốc gia.

5. Quy trình hiệu chuẩn

5.1. Hiệu chuẩn dòng một chiều (DC)

Kích hoạt và nối dụng cụ đo của DCD và chuẩn điện áp động lực học trong khoảng thời gian không nhỏ hơn 30 min trước khi hiệu chuẩn dòng một chiều (DC).

Sử dụng chuẩn điện áp động lực học để tạo ra một bộ chín điện áp một chiều DC từ dải hiệu chuẩn. Như ví dụ, với dải hiệu chuẩn từ – 2 mV/V tới +2 mV/V và điện áp kích thích là 10 V, điện áp từ – 20 mV tới + 20 mV trong mỗi bước của 5 mV phải được sử dụng. Ghi lại đầu ra dụng cụ đo của DCD tại mỗi điện áp. Lặp lại quá trình hai tới ba giá trị chỉnh đặt. Khi dụng cụ đo của DCD cung cấp điện áp kích thích cho DCD, giá trị điện áp DC phải dựa trên điện áp thực được tạo ra. Khi điện áp kích thích của DCD được cung cấp từ nguồn bên ngoài, giá trị điện áp DC phải được tính toán từ giá trị danh định của nó.

5.2. Hiệu chuẩn hình sin

Kích hoạt và nối dụng cụ đo của DCD và chuẩn điện áp động lực học trong khoảng thời gian không nhỏ hơn 30 min trước khi hiệu chuẩn sóng hình sin.

Sử dụng chuẩn điện áp động lực học để tạo ra một bộ bảy dạng sóng hình sin phù hợp với Bảng 1 và như đã chỉ dẫn trên Hình 1. Khi dụng cụ đo của DCD cung cấp điện áp kích thích cho DCD, biên độ và độ dịch chuyển DC của các dạng sóng phải dựa trên điện áp thực được tạo ra. Khi điện áp kích thích của DCD được cung cấp từ một nguồn bên ngoài, biên độ của dạng sóng và độ dịch chuyển DC phải được tính toán từ giá trị danh định của nó.

Đối với mỗi dạng sóng, thay đổi tần số trên một dải được xem xét và ở ít nhất là ba tần số riêng biệt, ghi lại các giá trị đỉnh và đáy của tín hiệu ra của dụng cụ đo trên DCD.

Bảng 1 – Các dạng sóng hiệu chuẩn hình sin

CHÚ DẪN:

x Thời gian

y Tín hiệu ra của chuẩn động lực học, tính bằng mV/V

Hình 1 – Các dạng sóng hiệu chuẩn hình sin

Lặp lại hiệu chuẩn các sóng hình sin được quy định ở trên nhưng với độ méo sóng hài cố định 0,125 % ± 0,010 % được bổ sung vào các dạng sóng được tạo ra (xem Phụ lục A). Lặp lại quá trình tạo ra hai bộ số đọc.

6. Tính toán kết quả

Tính toán các kết quả như đã được quy định trong 6.1 đến 6.2.

6.1. Kết quả hiệu chuẩn DC

Các kết quả hiệu chuẩn dòng một chiều (DC) đối với mỗi một trong chín điện áp DC được tác dụng (xem 5.1) phải được xác định bằng tính toán độ chênh lệch giữa các giá trị hiển thị trên dụng cụ đo của DCD và giá trị được tạo ra bởi chuẩn điện áp động lực học cho mỗi một trong ba số đọc.

Nếu bất cứ một độ chênh lệch nào vượt quá giá trị 0,01 mV/V (tương đương với 0,01 VE mV) thì dụng cụ đo được xem là không đạt yêu cầu của hiệu chuẩn DC.

6.2. Các kết quả hiệu chuẩn dạng sóng hình sin

Đối với mỗi một trong các dạng sóng hình sin được áp dụng (xem 5.2) phải xác định các kết quả hiệu chuẩn dạng sóng hình sin bằng tính toán tại mỗi tần số riêng biệt:

– Độ chênh lệch giữa giá trị đỉnh hiển thị trên dụng cụ đo của DCD và giá trị đỉnh được tạo ra bởi chuẩn điện áp động lực học;

– Độ chênh lệch giữa giá trị đáy hiển thị trên dụng của đo của DCD và giá trị đáy được tạo ra bởi chuẩn điện áp động lực học.

Các độ chênh lệch này phải được biểu thị như một tỷ lệ phần trăm của biên độ dạng sóng. Đối với mỗi dạng sóng, dải tần số có hiệu lực được quy định là dải tần số trong đó hai độ chênh lệch này không vượt quá giá trị 0,5%.

Hiệu chuẩn dạng sóng hình sin phải được xem là có hiệu lực từ DC đến tần số lớn nhất tại đó các kết quả từ tất cả bảy dạng sóng vẫn ở trong giới hạn 0,5 % này.

7. Báo cáo hiệu chuẩn

Báo cáo hiệu chuẩn phải có tối thiểu các thông tin cho trong 7.1 và 7.2.

7.1. Thông tin chung

Báo cáo phải bao gồm các thông tin sau:

a) Dụng cụ đo của DCD, bao gồm nhà sản xuất, số hiệu mẫu (model), số seri, các điều chỉnh được sử dụng (bao gồm cả điện áp kích thích, nếu áp dụng) và bất cứ các bộ nhận dạng nào khác;

b) Chuẩn điện áp động lực học, bao gồm cả nhà sản xuất và số loạt (xem 4.3);

c) Dải tần số trên đó thực hiện sự hiệu chuẩn;

d) Giá trị danh định của điện áp kích thích, nếu áp dụng.

e) Trở kháng ra dùng để hiệu chuẩn dụng cụ đo của DCD;

f) Nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất tại thời điểm hiệu chuẩn (xem 4.1);

g) Tên của tổ chức thực hiện việc hiệu chuẩn;

h) Ngày hiệu chuẩn (xem 7.3);

i) Viện dẫn tiêu chuẩn này, nghĩa là TCVN 10599-2 (ISO 4965-2).

7.2. Kết quả hiệu chuẩn

Báo cáo phải trình bày các kết quả hiệu chuẩn như sau:

a) Một bảng gồm tất cả các giá trị đo được và các chi tiết của dải tần số có hiệu lực.

b) Bất cứ các quan trắc nào, lời ghi chú hoặc khuyến nghị về hiệu chuẩn động lực học.

7.3. Hiệu chuẩn lại

Tiêu chuẩn này quy định khoảng thời gian có hiệu lực dài nhất của báo cáo không nên vượt quá 26 tháng.

Phụ lục A
(Tham khảo)

Lượng tần số hiệu chuẩn

Việc sử dụng tổng độ méo sóng hài (THD) để quy định độ méo đã trở thành phổ biến nhưng, tuy nhiên không quy định chi tiết theo dữ liệu thời gian. Các biểu đồ trên các Hình A.1 đến A.4 giới thiệu các ví dụ của dạng sóng và lượng tần số nên được sao lại cho mỗi hiệu chuẩn.

CHÚ DẪN:

x Thời gian, tính bằng giây (s)

y Lực, tính bằng KiloNewton (kN)

Hình A.1 – Ví dụ về sóng hình sin 50 Hz của lực (tín hiệu đo)

CHÚ DẪN:

x Thời gian, tính bằng giây (s)

y Lực, tính bằng kiloNewton (kN) (phóng đại từ một tín hiệu)

Hình A.2 – Ví dụ về một chu kỳ của sóng hình sin 50 Hz của lực (tín hiệu đo)

CHÚ DẪN:

x Tần số, tính bằng Hz

y mật độ phổ năng lượng, tính bằng dB/Hz

Tổng độ méo sóng hài: -29,0 dB (= 0,126%)

Hình A.3 – Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu chỉ ra trên Hình A.1 trên dải tần DC đến 2,5 kHz

CHÚ DẪN:

x Tần số, tính bằng Hz

y mật độ phổ năng lượng, tính bằng dB/Hz

Hình A.4 – Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu chỉ ra trên Hình A.1 trên dải tần DC đến 500 kHz

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] GEORGAKOPOULOS, D., WILLIAMS, J., KNOTT, A., ESWARD, T. and WRIGHT, P. Dynamic characterisation of the electronic instrumentation used in the calibration of fatigue testing machines. IEE Proc.-Sci. Meas. & Technol,., 153 (6), pp 256-259, November 2006.

[2] KUMME, R.Influence of measuring amplifiers on dynamic force mrasurement. Proceedings of the 13th International Conference on Force and Mass Measurement, IMEKO TC3, Helsinki, phương pháp 25-31, May 1993.

[3] KUMME, R. Dissertation, Technische Universität Braunschweig, 1996 (PTB – Bericht MA-48), ISBN 3-89429-744-1, 170 p.