Przyrząd do wzorcowania indukcyjnego czujnika odkształceń, rezultaty i niepewność wzorcowania

• Autorzy: Nurkowski J.

Warianty tytułu

EN

The instrument for calibration of inductive strain sensor, results and the uncertainty of the calibration process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W opracowaniu przedstawiono przyrząd i sposób wzorcowania indukcyjnego, bezrdzeniowego czujnika odkształceń. Przyrząd skonstruowany został przez autora, na bazie śruby mikrometrycznej. Zamieszczono otrzymane wyniki wzorcowania oraz ich statystyczną analizę, ponadto przedstawiono rachunek niepewności procesu wzorcowania ze względu na: błędy zamocowania czujnika, sztywność układu pomiarowego, uchyb wzorca (śruby mikrometrycznej) oraz szeroko rozumianą stabilność generatora. Indukcyjny czujnik odkształceń wykorzystywany jest rutynowo do pomiarów ściśliwości próbek skał w komorze ciśnieniowej aparatu GTA-10. Czujnik stanowi indukcyjną część obwodu rezonansowego LC generatora drgań. Zmiany długości czujnika, który jest zamocowany na badanej próbce materiału, powodują zmianę częstotliwości drgań, co jest rejestrowane i stanowi podstawę do wyliczenia odkształceń próbki. Do obliczeń konieczna jest znajomość czułości czujnika, czyli zależności zmian częstotliwości od jego długości (wzorcowanie). W pomiarze ściśliwości stosowany jest również czujnik referencyjny pozwalający na redukcję błędów, w tym również błędów wzorcowania czujnika. Podczas pomiarów odkształcenia innych niż ściśliwość, czyli przede wszystkim pomiary odkształceń w trójosiowym stanie naprężenia (w komorze ciśnieniowej) oraz pomiar w jednoosiowym stanie naprężeń w urządzeniu Instron błędy wzorcowania przekładają się wprost na błędy pomiarowe. Uzyskaną niepewność wzorcowania na poziomie około 0,4% można uznać za zadawalającą, biorąc pod uwagę fakt, że czujnik projektowano do zastosowań specjalistycznych, w warunkach wysokiego ciśnienia, w których użycie innych przyrządów pomiarowych jest problematyczne lub niemożliwe. Prawdopodobnie przyczyną stosunkowo dużej niepewności są głównie: nierównoległość mocowania czujnika względem kierunku odkształcania i zmienna wartość indukcyjności połączeń.

EN

The paper presents a simple, mechanical instrument designed by author especially for calibration of coreless inductive strain sensor. This sensor, which is attached to a specimen of a tested material, works as an inductive part of a resonant circuit of LC oscillator. Change in the length of the sensor results in a change of vibration frequency of the LC oscillator. This frequency is registered and used for calculation of deformation of the specimen. For the deformation calculation it is necessary to know the characteristic of the sensor understood as a relationship between its length and oscillator frequency (sensitivity). An inductive sensor is routinely used to measure the compressibility of rock samples in a high pressure chamber of the GTA-10 apparatus. For better reduction of measurement errors the sensor is used in the, so called, reference system with second identical sensor working as a reference sensor. It reduces the sensor calibration errors during the compressibility measurements. In case of experiments different from compressibility test (conventional triaxial test, uniaxial compression test in the INSTRON strength device) the calibration errors causes directly the measurement errors . The calibrating instrument described below was designed and made on the basis of a micrometer screw. The paper presents some results of the calibration procedure executed by means of the instrument as well as some results of calculations of untercainty of calibration procedure. In the uncertainty calculations the following parameters were taken into account: errors caused by sensor fixing, stiffness of the measuring system, deviation of the pattern (micrometer) and widely considered stability of the LC oscillator. The calibration uncertainty of the sensor was about 0,5%. This result may be regarded as satisfactory if it is taken into account that the sensor was designed for strain measurements under high hydrostatic pressure of hundreds of MPa. In such very special conditions use of any other measuring devices is difficult or even impossible. As a possible reason of relative high uncertainity of a sensor two factors should be taken into account: a sensor mounting misalignment and some variations of inductance of connection between the sensor and the oscillator.

Słowa kluczowe

PL

indukcyjny czujnik odkształcenia; błąd pomiaru; charakterystyka czujnika; wzorcowanie czujników; przyrząd wzorcujący

EN

inductive sensor of deformation; error measurement; sensor characteristics; calibration of sensor; calibration device

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 3-4
• Strony: 53--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nurkowski J.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Nurkowski J.: Indukcyjny przetwornik odkształcenia w układzie różnicowym. Krajowy kongres Metrologii, Gdańsk 1998, s. 223-230.
• [2] Chwaleba A., Poniński M., Siedlecki A.: Metrologia elektryczna. WNT W-wa 1994, s. 53.
• [3] Nurkowski J.: Skompensowany termicznie, bezrdzeniowy indukcyjny czujnik przemieszczenia w równoległym układzie mechanicznym. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, vol. 9, nr 1-4 (2007) s. 123-136.
• [4] Ulusay R., Hudson J., A., (eds.): Suggested Methods for Determining the Strength of Rock Materials in Triaxial Compression: Revised Version. In: “The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974-2006”, Kozan Ofset Matbaacilik San. Ve Tic. Sti., Ankara, Turkey, 2007, p. 157-164,
• [5] Wyrażanie niepewności pomiaru. Przewodnik Główny Urząd Miar 1999.
• [6] Jakubiec W., Malinowski J.: Metrologia wielkości geometrycznych WNT, W-Wa 2007.
• [7] Rząsa M., Kiczma B.: Elektryczne i elektroniczne czujniki temperatury WKŁ W-wa 2005, s. 58-62.