Anwendungsbereich
Statische Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern, sowohl für allgemeine als auch für „Transfernormal“-Anwendungen
Das Verfahren zur Klassifizierung von Drehmomentaufnehmern wird beschrieben.
Nicht geeignet zum Kalibrieren von Drehmomentschlüsseln
Die folgenden Nummern kennzeichnen die Absätze der Norm
4 Eigenschaften der Drehmomentaufnehmer
Alle Komponenten des Gerätes, einschließlich des Kabels, müssen identifiziert werden (Herstellername, Typ, 4- oder 6-Leiter, Seriennummer usw.).
Die Messseite muss angegeben werden (Drehmomentanwendungsseite), falls wichtig. Dies ist z.B. bei rotierenden Aufnehmern in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Schleifringen der Fall.
Der Drehmomentaufnehmer und die Anbauteile dürfen keine Querkräfte oder Biegemomente einleiten.
5.1 Kalibrierung der Drehmomentaufnehmer
- Kalibrierung = Anwenden bekannter Drehmomente auf den Aufnehmer und Aufzeichnen der von ihm gelieferten Daten
- Die Leseeinheit ist austauschbar, wenn die zusätzliche Unsicherheit durch den Austausch weniger als 1/3 der relativen Unsicherheit des Kalibrierergebnisses beträgt (SCS berücksichtigt dies in der Unsicherheitsbilanz).
- Bauteile und Adapter müssen dem 1,5-fachen des maximal übertragenen Drehmoments standhalten.
- Bei maximalem Drehmoment muss die Längenänderung des Messgerätes und der Adapter kleiner als 1 mm sein.
Vor der Kalibrierung müssen Aufnehmer und Adapter mindestens 4 mal mit einer Überlast von 8 bis 12% des Nenndrehmoments geladen werden, für 1 bis 1,5 Minuten (zur Sicherheit und zur Vermeidung von Schäden während der Kalibrierung).
5.2 Auflösung des Anzeigegerätes
Die Auflösung r ist das Inkrement der letzten aktiven Zahl, sofern die maximale Schwankung 1 Inkrement beträgt, wenn das Gerät entlastet wird.
Ändert sich die Anzeige um mehr als 1 Inkrement, ist die Auflösung halb so groß wie die Schwankung + 1 Digit.
Der Minimalwert des Messbereichs wird entsprechend der Klasse in der weiteren Tabelle definiert (Klassifizierungskriterien).
5.3 Vorbereitung der Kalibrierung
Alle Anpassungen, falls vorhanden, müssen protokolliert werden.
Die Messungen sind nach der Temperaturstabilisierung durchzuführen.
Das Nullsignal muss vor und nach der Kalibrierung mit unbelastetem Drehmoment in vertikaler Position aufgezeichnet werden.
Drehmoment von der vom Hersteller definierten Seite aufbringen
Positive Anzeige für Rechtsdrehmoment
5.4 Kalibrierverfahren
Kalibrierung im oder gegen den Uhrzeigersinn in den angegebenen Schritten (in der Regel 5 Schritte im Messbereich)
Wir haben für jeden Schritt eine Wartezeit von 10 Sekunden definiert, so konstant wie möglich.
Die Vorspannung auf das Nenndrehmoment muss im ersten Zyklus der Kalibrierrichtung und einmalig nach jedem Wechsel der Einbaulage erfolgen.
Nach jeder Vorspannung (kurze Zeit) auf Null-Stabilisierung warten (max. 3 Minuten) und den Wert aufzeichnen.
Nach der letzten Vorspannung in der ersten Einbaulage das Kriechen nach 3 Minuten aufzeichnen.
Die Kalibrierung sollte vorzugsweise in 3 Positionen bei 120° erfolgen.
Für Drehmomentaufnehmer mit Vierkantkupplung werden 4 x 90° Positionen verwendet.
Für die Klassen 1, 2 und 5 ist nur eine Umdrehung bei 90° oder 120° möglich.
Die Anzahl der Messungen hängt von der Klasse des Drehmomentaufnehmers ab, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.
Number of measurement series required
Die Mindestanzahl der Drehmomentstufen (zusätzlich zur Nullstufe) muss für jede Richtung wie folgt sein:
Klassen 0,05 und 0,1 = 8 (entsprechend über den Messbereich verteilt)
Anmerkung: z.B. in Schritten von 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 e 100 % ME oder 2, 5, 10, 20, 40, 60, 80 e 100 % ME
Klassen 0,2 und 0,5 = 5 (20, 40, 60, 80 e 100 % ME)
Klassen 1 bis 5 = 3 (20, 60 e 100 % di ME) (SCS-Verfahren für Klasse 1: 5 Schritte)
Der Mindestwert des Messbereichs muss einer der Kalibrierwerte sein.
Ein Drehmomentaufnehmer kann für mehrere Drehmomentmessbereiche separat kalibriert werden.
Ablauf der Kalibrierung für Klasse 1
Die Umgebungstemperatur muss zwischen 18 und 28°C (vorzugsweise 22°C) liegen und innerhalb von ±1 K stabil sein.
Der Abstand zwischen zwei Belastungsstufen muss gleich sein, insbesondere bei Kriechen.
Die Anzeige vor der Messung kann auf Null gesetzt oder bei der Berechnung berücksichtigt werden.
Bei Geräten mit definierter Skala (N∙m) muss die Anzeige zu Beginn jeder Messreihe auf Null gestellt werden.
5.4.7 Auswertung des Drehmomentaufnehmers
Fall I: nur steigende Serien
Das Kalibrierergebnis wird für jedes Kalibriermoment als Mittelwert über die verschiedenen Einbaulagen der angezeigten Werte aus der aufsteigenden Reihe, korrigiert um den Nullpunkt, berechnet. Die kubischen und linearen Glättungsfunktionen werden über den Ursprungspunkt berechnet und der Interpolationsfehler ermittelt.
Die Hysterese beteiligt sich nicht an der Klassifizierung und trägt nicht zur Standardmessunsicherheit bei, wobei Interpolationsfehler berücksichtigt werden.
Fall II: abnehmende und zunehmende Serien
Das Kalibrierergebnis wird für jedes Kalibrierdrehmoment als Mittelwert über die verschiedenen Einbaulagen der angezeigten Werte aus der abnehmenden und steigenden Reihe, korrigiert um den Nullpunkt, berechnet. Die lineare Glättungsfunktion wird über den Ursprungspunkt berechnet und der Interpolationsfehler ermittelt.
Bei Geräten mit fester Skala (N∙m) wird der Interpolationsfehler durch den Anzeigefehler ersetzt.
Umkehrbarkeitsfehler (Hysterese) und Interpolationsfehler (oder Anzeigefehler) werden bei der Klassifizierung und als Beitrag zum relativen Unsicherheitsfehler berücksichtigt.
Kalibrierergebnis
Fall I: nur steigende Serien
Das Kalibrierergebnis Y(Mk) wird für jedes Kalibriermoment als Mittelwert über die verschiedenen Einbaulagen der angezeigten Werte aus der aufsteigenden Reihe, korrigiert um den Nullpunkt, berechnet.
Fall II: abnehmende und zunehmende Serien
Das Kalibrierergebnis Yh(Mk) wird für jedes Kalibriermoment als Mittelwert über die verschiedenen Einbaulagen der angezeigten Werte aus der abnehmenden und steigenden Reihe, korrigiert um den Nullpunkt, berechnet.
Anmerkung: für die 0°-Position in der zweiten Inkrementalreihe (Klassen 0,05 bis 0,5) werden bei der Berechnung des Kalibrierergebnisses nicht berücksichtigt.
Reproduzierbarkeit b(MK) e Wiederholbarkeit b’(MK
Die Reproduzierbarkeit b(MK) wird für jedes Drehmoment als Wiederholfehler der angezeigten Werte der zunehmenden Reihe, reduziert um den Nullpunkt in verschiedenen Einbaulagen, berechnet.
Die Wiederholgenauigkeit b'(MK) wird für jedes Kalibrierdrehmoment berechnet, indem der Betrag der Wiederholgenauigkeit der angezeigten Werte der aufsteigenden Reihe um den Nullpunkt in der gleichen Einbaulage reduziert wird.
Relativer Fehler des Nullsignals f0
Der Nullwert ist vor jeder ansteigenden und nach jeder abfallenden Reihe aufzuzeichnen.
Der Nullwert ist ca. 30 s nach vollständiger Entladung abzulesen.
Der Nullpunktfehler f0 wird als maximaler Absolutwert der Differenz zwischen den beiden Messwerten an allen Einbaulagen berechnet
Umkehrbarkeit (Histierese) h(MK)
Die Umkehrspanne h(MK) wird für jedes Kalibrierdrehmoment als Maximalwert der Absolutwerte der Differenzen zwischen den Anzeigen der ansteigenden und abfallenden Reihe für jede Drehmomentstufe ermittelt
Interpolationsfehler fa(MK)
Der Interpolationsfehler fa(MK) wird mit Hilfe einer Glättungsfunktion ermittelt, die durch den Ursprungspunkt im Messbereich verläuft:
Fall I: 3. Grad – kubisch (gilt nicht für die Klassen 1 bis 5, erster Grad wird angewendet)
Fall II: 1° Grad Gleichung – linear
Der Interpolationsfehler wird für jeden Kalibrierschritt als Differenz zwischen dem Kalibrierergebnis* und dem zugehörigen Wert der Glättungsfunktion berechnet. Die verwendete Gleichung muss im Kalibrierschein angegeben werden.
Kalibrierergebnis: ohne Histerese Yh(MK), mit Histerese Y(MK)
Anzeigefehler fq(MK)
Die Anzeigeabweichung fq(MK) wird nur bei Drehmomentmessgeräten ermittelt, die das Ergebnis direkt in der Drehmomenteinheit anzeigen und bei denen eine elektronische Anpassung der Anzeige an die Interpolationsfunktion des Kalibrierergebnisses nicht möglich ist.
Sie stellt die Differenz zwischen dem Kalibrierergebnis und dem angelegten Referenzmoment dar
Kurzzeit-Kriechen
Kurzzeitkriechen ist ein guter Indikator für die Qualität des Drehmomentaufnehmers (je höher der Wert, desto geringer die Qualität).
In der ersten Einbaulage ist es die Differenz zwischen dem Nullpunkt vor der ersten Messreihe (nach 3 Minuten Wartezeit) und dem Nullpunkt unmittelbar nach der Entladung der dritten Vorspannung dividiert durch das Kalibrierergebnis an der oberen Grenze des Bereichs.
Prinzip der Klassifizierung
- Der Messbereich, für den dem Drehmomentaufnehmer eine bestimmte Klasse zugeordnet ist, umfasst alle Kalibrierdrehmomente, für die die entsprechenden Klassifizierungskriterien erfüllt sind – von der Messbereichsobergrenze bis zum kleinsten Kalibrierdrehmoment.
- Für die Klassifizierung muss der Mindestwert des Messbereichs betragen:
- ≤ 20% von ME für die Klassen 0.2 bis 5
≤ 40% von ME für die Klassen 0,05 bis 0,1
Klassifizierungskriterien
Für die Klassifizierung werden die in Abschnitt 5.4.7 ermittelten absoluten Größen in relative Größen gemäß der folgenden Tabelle umgerechnet. Folgende Kriterien müssen dabei berücksichtigt werden:
-relative Reproduzierbarkeit;
-relative Wiederholbarkeit;
-relative Nullpunktabweichung;
-relativer Umkehrfehler (nur Fall II);
-relative Anzeige oder Interpolationsabweichung;
-Auflösung der Anzeigeeinheit an der unteren Grenze der Messung
– Schussweite
Klassifizierungskriterien für Drehmomentmessgeräte
Kalibrierzertifikat
Wir werden später das Kalibrierzertifikat, das mindestens folgende Angaben enthalten muss, im Detail analysieren:
Identität aller Elemente des Drehmomentmessgerätes und der Komponenten zur Einführung des Drehmoments;
Anzeige am rechten und/oder linken Drehmoment;
Umgebungstemperatur, bei der die Kalibrierung durchgeführt wurde;
Datum der Kalibrierung;
Informationen über das Kalibrierlabor und die verwendeten Standards;
Verweis auf diese Norm;
Klassifikationsergebnis mit Angabe des zugehörigen Messbereichs;
Kalibrierergebnis (Mittelwerte der angezeigten Werte aus den verschiedenen Einbaulagen für Fall I und Fall II) unter Angabe der relativen Messunsicherheit für das interpolierte Kalibrierergebnis oder das relative Unsicherheitsintervall, z.B. ermittelt nach Anhang C, und ggf. der zugehörigen Interpolationsgleichung sowie der entsprechenden Bestimmungsmethoden;
kurzzeitiges Kriechen.
Darüber hinaus muss das Kalibrierzertifikat enthalten:
eine Tabelle der Messwerte und berechneten Parameter nach 5.4.7;
eine grafische Darstellung der Abweichungen der angezeigten Werte von einer kubischen (Fall I) oder einer linearen (Fall II) Interpolationsfunktion;
eine grafische Darstellung der relativen Messunsicherheit für das interpolierte Kalibrierergebnis oder des relativen Unsicherheitsintervalls – ermittelt z.B. nach Anhang C – in Abhängigkeit von den Kalibriermomenten;
ein Belastungsdiagramm, das den zeitabhängigen Verlauf der Drehmomentänderungen und die Zeit, während der in der Kalibriereinrichtung ständig ein Drehmoment aufgebracht wurde, mit einer Auflösung von ca. 10 Sekunden darstellt.
Gültigkeitsdauer
Die maximale Gültigkeitsdauer des Zertifikats darf 26 Monate nicht überschreiten, es wird jedoch generell eine jährliche Frequenz empfohlen, insbesondere wenn spezielle Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit bestehen oder durch Qualitätssicherungsvorschriften vorgeschrieben sind.
Der Drehmomentaufnehmer ist neu zu kalibrieren:
-wenn sie eine höhere Überlast als die angewandte Belastung erfahren hat während des Überlasttests
-nach erfolgter Instandsetzung oder
nach einer unsachgemäßen Bedienung, die einen Einfluss auf den messtechnische Eigenschaften oder die Messunsicherheit.
Berechnung der relativen Unsicherheit (nach DIN 51309)
Fall IA: Klassen 0,05 bis 0,5 mit kubischer Glättungsfunktion
Fall IB: mit linearer Glättungsfunktion
Klassen 0,05 bin 0,5
Klassen 1 bin5
Fall IIA: nur mit linearer Funktion – unbekannte Skala
Klassen 0,05 bin 0,5
Klassen 1 bin 5
Fall IIB: nur lineare Funktion – definierter Maßstab
Klassen 0,05 bin 0,5
Klassen 1 bin 5
Referenzunsicherheit
Diese einzelne Berechnungsformel wird bei den in der Tabelle aufgeführten Beiträgen berücksichtigt:
Kalibrierzertifikat
Seite 1: Deckblatt
Die erste Seite entspricht dem ACCREDIA-Modell: Neben dem Accredia-Logo erscheint auch das SCS-Logo. Diese Logos werden auf jeder Seite des Kalibrierzertifikats angezeigt. Die Seite enthält Informationen über den Kunden und die Bestellung, Informationen über das zu kalibrierende Gerät (Typ, Modell und Seriennummer), Datum des Eingangs des Gerätes und Datum der Kalibrierung, logistische Informationen über das Labor und die autorisierte Unterschrift (Laborleiter oder Stellvertreter).
Seite 2: Informationen
Auf der zweiten Seite werden gemäß dem Accredia-Modell weitere Informationen zur Verfügung gestellt:
– Referenzstandard
– Identifikationsangaben der Laborreferenz und deren Rückführbarkeit (Kalibrierzertifikat und Unsicherheiten)
– Identifikation und Eigenschaften des an das Referenzkabel und die Eigenschaften des Adapters angeschlossenen Verstärkers.
Seite 3: Informationen
Die folgenden Informationen sind detailliert: Eigenschaften des zu kalibrierenden Gerätes, dessen Verstärker, Kabel, Adapter, Empfindlichkeit, Kalibrieranlage, Umgebungsbedingungen, Kalibrierort (bei externer Kalibrierung) und Nullsignalwert, vor und nach der Kalibrierung, sowie alle anderen Informationen, die sich auf die Kalibrierung beziehen.n
Seite 4: Kalibrier- und Klassifikationsergebnisse
Auf dieser Seite werden die Unsicherheitswerte in Abhängigkeit der Interpolationskurven angezeigt:
– Fall I kubisch und linear
– Fall II linear.
Gegebenenfalls wird die Unsicherheit bei Geräten mit definierter Skala angezeigt. Die zweite Tabelle gibt die Einteilung nach DIN 51309 nach den Parametern der Tabelle 10 auf der nächsten Seite wieder.
Seite 5: Interpolationsgleichungen und Klassifizierungskriterien
Auf dieser Seite sind angegeben:
9. Interpolationsgleichungen, die zur Klassifizierung des Drehmomentaufnehmers und zur Ermittlung der Werte der folgenden Registerkarte verwendet werden. 13 auf Seite 7 (kubische Interpolation)
10. Werte für die Klassifizierungskriterien des Drehmomentaufnehmers Die Klasse wird automatisch ermittelt und überprüft, ob alle Parameter den Anforderungen der Norm entsprechen.
Seite 6: Messdaten
Auf dieser Seite finden Sie eine Tabelle, in der die Messwerte in Abhängigkeit vom aufgebrachten Drehmoment entsprechend den definierten Messzyklen angezeigt werden.
In dieser Tabelle sind die Werte in N∙m angegeben, können aber auch in mV/V ausgedrückt werden.
Seite 7: Ergebnisse in Diagramm und kubischer Interpolation
Das erste Diagramm zeigt den relativen Fehler in den einzelnen Kalibrierschritten.
Das zweite Diagramm zeigt den Verlauf des Interpolationsfehlers.
Die kubische Interpolationstabelle zeigt die nach den Formeln in Abschnitt 9.1 auf Seite 5 berechneten Werte für die Zwischenwerte der verschiedenen Messschritte.
