VDI VDE 2624 Blatt 2 1-2008 Measurement of mechanical quantities - Instructions for calibration of mobile force measurement systems.pdf

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1、ICS 17.100 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2008December 2008VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Messen mechanischer Gren Anweisung zum Kalibrieren von Handkraftmessgerten Measurement of mechanical quantities Instructions for calibration of mobile force

2、measuring systems VDI/VDE 2624Blatt 2.1 / Part 2.1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Ges

3、ellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachausschuss Messen mechanischer Gren VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 2: Fertigungstechnisches Messen VDI Handbuch Betriebstechnik, Teil 3: Betriebsmittel VDI/VDE Handbuch Mikro und Feinwerktechnik Vervielfltigung auch fr in

4、nerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 07.07Entwurf, deutsch Former edition: 07/07 Draft, inGerman only Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree

5、.V., Dsseldorf 2008 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Formelzeichen . 2 3 Funktionsprfung des Handkraftmess- gerts . 4 4 Kalibrierung . 4 4.1 Allgemeines 4 4.2 Bestimmung der Auflsung 5 4.3 Durchfhrung der Kalibrierung 5 4.4 Berechnung der Kenngren . 6 4.5 Konform

6、ittsaussage 8 5 Kalibrierschein. 9 5.1 Angaben .9 5.2 Prfintervalle 9 Schrifttum 10 Preliminary note .2 1 Scope 2 2 Symbols2 3 Performance test of mobile force measuring system .4 4 Calibration 4 4.1 General4 4.2 Determination of resolution 5 4.3 Performance of calibration5 4.4 Calculation of charac

7、teristics6 4.5 Conformity statement .8 5 Calibration certificate 9 5.1 Information contained.9 5.2 Testing intervals9 Bibliography.10B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI/VDE 2624 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsse

8、ldorf 2008 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalte

9、n. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der

10、aktuell verfgbaren Bltterdieser Richtlinienreihe sind im Internet unterwww.vdi.de/2624 abrufbar. Preliminary note The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of re

11、print-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richt

12、linien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. A catalogue of all available parts of this guideline series can be accessed on the internet at www.vdi.de/2624. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie beschreibt ein Kali-brierverfahren fr Handkraftm

13、essgerte. Diese Kraftmesssysteme bestehen aus Sensor und Anzeigegert. Sie knnen in einem Gehuse ver-eint oder getrennt aufgebaut sein (Bild 1). Fr beide Flle sieht diese Richtlinie vor, den Kali-briergegenstand als komplette Messkette zu be-trachten und zu kalibrieren. 1 Scope The present guideline

14、describes a calibration me-thod for mobile force measuring systems. These force measuring systems consist of a sensor and a display unit. These can be jointly mounted in one housing or arranged separately (Figure 1). In both cases this guideline provides for the calibra-tion item to be considered an

15、d calibrated as a com-plete measuring chain. 2 Formelzeichen Formel-zeichen Ein-heit Benennung an% relative Auflsung des Kali-briergegenstands a0% relative Auflsung des Kali-briergegenstands im unbelaste-ten Zustand bn% relative Wiederholprzision des Kalibriergegenstands b0,5% relative Wiederholprzi

16、sion des Kalibriergegenstands bei der Kraftstufe F0,5f0% relative Nullpunktabweichung des Kalibriergegenstands F N Kraft m kg Masse FsnN bei zunehmender Prfkraft am Kalibriergegenstand angezeigte Kraft F snN bei abnehmender Prfkraft am Kalibriergegenstand angezeigte Kraft 2 Symbols Symbol Unit Desig

17、nation an% relative resolution of calibration item a0% relative resolution of calibration item in unloaded state bn% relative repeatability of calibra-tion item b0,5% relative repeatability of calibra-tion item for force step F0,5 f0% relative zero error of calibration item F N force m kg mass FsnN

18、force indicated on calibration item at increasing test load F snN force indicated on calibration item at decreasing test load B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2624 Blatt 2.1 / Part 2.1 3 B

19、ild 1. Typische Bauformen fr Handkraftmess-gerte Figure 1. Typical designs of mobile force measur-ing systems Formel-zeichen Ein-heit Benennung FinN bei zunehmender Prfkraft durch Bezugsnormale realisier-te konstante Kraft FnomN Nennkraft des Kalibriergegen-stands Fs0N Restanzeige des Kalibrier-gege

20、nstands nach Rcknahme der Nennkraft FtN Tarakraft (siehe auch Abschnitt 4.4.4.2) snF N Mittelwert aller Messwerte einer Kraftstufe bei zunehmender Prfkraft F0,5N Kraftstufe bei ca. 50 % von Fnom n% relative Umkehrspanne g m/s rtliche Fallbeschleunigung qn% relative Anzeigeabweichung rnN Auflsung des

21、 Kalibriergegen-stands Wn% relative erweiterte Messunsicherheit Wbmc% kleinste angebbare relative er-weiterte Messunsicherheit Symbol Unit Designation FinN constant force realized at in-creasing test load through ref-erence standards FnomN nominal force of calibration itemFs0N zero shift of calibrat

22、ion item after removal of nominal force FtN tare force (see also Section 4.4.4.2) snF N mean value of all measured values of a force step at in-creasing test load F0,5N force step at approx. 50 % of Fnomn% hysteresis error g m/s local acceleration due to gravity qn% relative error of indication rnN

23、resolution of calibration item Wn% relative expanded uncertainty of measurement Wbmc% best measurement capability B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI/VDE 2624 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 Formel-z

24、eichen Ein-heit Benennung Xi% Beurteilungsgre (Hilfsgre) k Erweiterungsfaktor fr einen gegebenen Vertrauensbereich (fr einen Vertrauensbereich von 95 % entspr. 2 ist k = 2) n Index, gibt den Anteil der Kraft bezogen auf den Nominalwert an (z. B. bei Kraftstufe 50 % Fnomist n = 0,5) Symbol Unit Desig

25、nation Xi% evaluation quantity (auxiliary quantity) k expansion factor for a specified confidence interval (for a confi-dence interval of 95 % corr. to 2, k = 2) n index giving the force compo-nent related to the nominal va-lue (e. g., for force step 50 %, Fnomis n = 0,5) 3 Funktionsprfung des Handk

26、raftmess- gerts Die Prfung des Handkraftmessgerts ist nurdurchzufhren, wenn sich das Gert in einem ein-wandfreien Zustand befindet. Das schliet dieberprfung der Kabel, Akkus, Netzgerte sowie gegebenenfalls zugehrige Einspannteile ein. Eine gute Nullpunktstabilitt wird bei manchen Handkraftmessgerten

27、 mit einem Nullpunktfiltererreicht. Sollte das vorliegende Gert mit einerderartigen, nicht ausschaltbaren, Filterung arbeiten, ist bei der Kalibrierung eine geringe Tarakraft zu verwenden (siehe Abschnitt 4.4.4.2). Anmerkung: Die Tarakraft sollte nicht grer als das 1,5-Fache des Nullpunktfilters sei

28、n. 3 Performance test of mobile force measuring system Testing of the mobile force measuring system is to be carried out only when the device is in a perfect state. This includes inspection of the cables, batter-ies, power supply units as well as associated clamping parts. Good zero stability is ach

29、ieved for some mobile force measuring systems using a zero filter. If the device concerned uses such permanently switched filtering, a small tare force is to be applied for cali-bration (see Section 4.4.4.2). Note: The tare force should not exceed 1,5 times the zero filter. 4 Kalibrierung 4.1 Allgem

30、eines Zur Kalibrierung von Handkraftmessgerten musseine geeignete Aufnahme vorhanden sein, um zugewhrleisten, dass die Messachse senkrecht aus-gerichtet werden kann. Eine nichtaxiale Zug- oder Druckkraftbeanspru-chung des in der Regel relativ einfach aufgebauten Kraftmessgerts kann zu Messabweichung

31、en fhren. Aus diesem Grund sind geeignete Kraftein-leitungsteile zu verwenden. Die verwendeten Bezugsnormale mssen rckge-fhrt sein und ihre Messunsicherheit sollte 1/10 derangestrebten Messunsicherheit nicht berschreiten.Die kleinste angebbare Messunsicherheit der Be-zugs-/Gebrauchsnormalmesseinrich

32、tung muss be-kannt und nach anerkannten Verfahren bestimmtworden sein. Da die Kalibrierung derartiger Messgerte im Allgemeinen mit konstanter Kraft (bekannte kali-brierte oder geeichte Massen (oder alternativ Ge-wichtsstcke) durchgefhrt wird, werden alleFormeln in dieser Art angegeben. 4 Calibration

33、 4.1 General For the calibration of mobile force measuring systems a suitable holder must be available to ensure vertical alignment of the measurement axis.Any non-axial stressing of the force measuring device, which usually is of relatively simple de-sign, with tensile or compressive force may lead

34、 to measurement errors. This is why appropriate force application mechanisms are to be used. The reference standards employed must have been traced back and their uncertainty of measurement should not exceed 1/10 of the uncertainty of meas-urement aimed at. The best measurement capabil-ity of the re

35、ference/working standard measuring system must be known and have been determined by approved methods. As the calibration of such measuring devices is generally carried out with constant force (known calibrated or verified masses or, as an alternative, weights), all formulae are stated in this manner

36、. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI/VDE 2624 Blatt 2.1 / Part 2.1 5 Anmerkung: Die von den direkt wirkenden Massen m (in Kilogramm) ausgebte Kraft F (in Newton) ist mit folgenderNherungsgleichu

37、ng zu berechnen: g= mF 4.2 Bestimmung der Auflsung Die relative Auflsung andes Kraftmessgerts wird wie folgt berechnet. 100s=nnnFra (1) Hierbei ist die Auflsung r des Kalibriergegen-stands in jedem Kalibrierpunkt zu ermitteln. Wenn die Anzeige im unbelasteten Zustand ummehr als den zuvor ermittelten

38、 Wert der Auflsung schwankt, so ist die Auflsung rnmit der halbenSchwankungsweite zustzlich addiert mit einemZiffernschritt anzusetzen. Sollte das Gert mit Nullpunktfilter arbeiten, so entspricht die Gre des Filters der Auflsung imNullpunkt. 4.3 Durchfhrung der Kalibrierung 4.3.1 Umgebungsbedingunge

39、n Die Kalibrierung muss bei einer Temperatur zwi-schen 18 C bis 28 C erfolgen. Whrend derKalibrierung muss sich der Messaufbau im thermi-schen Gleichgewicht befinden und die Umge-bungstemperatur auf 1 K stabil gehalten werden. Die Temperatur, bei der die Kalibrierung durchge-fhrt wurde, muss im Kali

40、brierschein angegeben werden. 4.3.2 Vorbelastung Der Kalibriergegenstand muss mindestens einmal mit der maximalen Kraft des zu kalibrierenden Bereichs belastet werden. Die Anzahl der Vorbe-lastungen ist zu dokumentieren. 4.3.3 Belastung des Kalibriergegenstands Der Kalibriergegenstand wird nur in ei

41、ner Einbau-stellung kalibriert. Es wird je eine Messreihe mitzunehmenden und abnehmenden Prfkrftendurchgefhrt. Die mindestens fnf Kraftstufen liegen zwischen 10 % und 100 % der NennkraftFnom. Dabei sollten die Kraftstufen bei ca. 10 %, 20 %, 50 %, 70 % und 100 % der Nennkraft Fnomliegen. Die Auf- un

42、d Abwrtsreihe ist bei dengleichen Kraftstufen zu realisieren (siehe Bild 2). Bei der Kalibrierung sind Haltezeiten so zu wh-len, dass eine Stabilisierung des Systems sicherge-stellt ist. Note: The force F (in Newton) exerted by the directly acting masses m (in kilogram) is to be calculated using the

43、 following approximation formula: F = m g g= mF 4.2 Determination of resolution The relative resolution anof the force measuring device is calculated as follows: 100snnnF=ra (1) the resolution r of the calibration item having to be determined in each calibration point. If the display in the unloaded

44、 state varies by more than the value previously determined for the reso-lution, the resolution rnis to be taken as half the extent of the variation, plus one additional incre-ment. Should the device incorporate a zero filter, the magnitude of the filter corresponds to the resolu-tion in the zero poi

45、nt. 4.3 Performance of calibration 4.3.1 Ambient conditions Calibration must be performed at a temperature between 18 C and 28 C. During calibration the measuring arrangement must be in thermal equilib-rium and the ambient temperature must be kept stable to 1 K. The temperature at which the calibrat

46、ion was carried out must be stated in the calibration certifi-cate. 4.3.2 Preloading The calibration item must be loaded at least once with the maximum force of the range to be cali-brated. The number of preloadings is to be docu-mented. 4.3.3 Loading of calibration item The calibration item is cali

47、brated in only one mounting position, one series of measurements being carried out at increasing and one series at decreasing test loads. The minimum of five force steps lie between 10 % and 100 % of the nominal force Fnom. The force steps chosen should be approx. 10 %, 20 %, 50 %, 70 % and 100 % of

48、 the nominal force Fnom. The increasing and decreasing series are each to be realized at the same force steps (see Figure 2). For the calibration, the durations of test force application are to be selected in such a way that stabilization of the system is ensured. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09

49、DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 6 VDI/VDE 2624 Blatt 2.1 / Part 2.1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 Zustzlich wird an der Kraftstufe F0,5 die relativeWiederholprzision bnmit drei weiteren Messun-gen erfasst. 4.3.4 Zusatzeinrichtungen Je nach Wunsch des Kunden knnen die Messrei-hen des Kalibriergegenstands mit oder ohne Zu-satzeinrichtu