VDI VDE 2648 Blatt 2-2007 Transducers and measuring systems for measurement of angle - Instructions for traceable calibration - Indirect measure angle measuring systems.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONS-TECHNIKSensoren und Messsysteme fr die DrehwinkelmessungAnweisungen fr die rckfhrbare Kalibrierung Indirekt messende DrehwinkelmesssystemeTransducers and measuring systems for measurement of angle Instructions for traceable

2、 calibration Indirect measure angle measuring systems VDI/VDE 2648Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss 3.63 Mess- und Prfverfahren fr die Schraubtechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik B

3、and 2: Fertigungstechnisches Messen VDI/VDE-Handbuch Mikro und Feinwerktechnik VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3: Betriebsmittel VDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsse

4、ldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 17.040.30 Mrz 2007March 2007Frhere Ausgabe: VDI/VDE2648 Blatt304.05 Entwurf,deutsch Former edition: VDI/VDE2648 Part3 04/05 Draft, in German only Die deutsche Version diese

5、r Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbe

6、reich . . . . . . . . . . . . . 32 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . 32.1 Direkte Winkelmessung . . . . . . . . . . 32.2 Indirekte Winkelmessung . . . . . . . . . 32.3 Verwendete Symbole und Benennungen . . 43 Grundlagen und Voraussetzungen . . . . . . 43.1 Drehmoment-Messunsicherheit

7、des Prflings . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Einbaulage . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3 Einleitung von Drehmoment . . . . . . . 53.4 Drehmomentbertragung . . . . . . . . . 53.5 Systematischer Fehler durch Eigenver-biegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.6 Auflsung . . . . . .

8、. . . . . . . . . . . 64 Kalibrierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Ermittlung der Wiederholprzision . . . . 64.2 Stabilitt der Winkelmessung im Beharrungszustand . . . . . . . . . . . . 84.3 Ermittlung der Einflsse durch Eigenver-biegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.4 Ermittlun

9、g der Anzeigeabweichung. . . . 104.5 Ermittlung des Einflusses von Dreh-richtung und Drehgeschwindigkeit . . . . 114.6 Einfluss des Rechtsanzugs und Links-rcksetzen (Knarrenfunktion) . . . . . . . 12Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . 21 Objective and scope . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 32.1 Direct angle measurement . . . . . . . . . 32.2 Indirect angle measurement . . . . . . . . 32.3 Symbols and designations used . . . . . . 43 Fundamentals and prerequisites .

11、. . . . . . 43.1 Uncertainty of the test object with respect to torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Mounting position . . . . . . . . . . . . . 53.3 Torque application . . . . . . . . . . . . . 53.4 Torque transmission . . . . . . . . . . . . 53.5 Systematic error due to inherent bending

12、 . . 53.6 Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Calibration procedure . . . . . . . . . . . . . 64.1 Determination of the repeatability . . . . . 64.2 Stability of angle measurement in the steady state . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.3 Determination of the influences exerted by inhere

13、nt bending . . . . . . . . . . . . 94.4 Determination of the error of indication. . 104.5 Determination of the influence of direction of rotation and rotation speed . 114.6 Influence from right-hand tightening and left-hand resetting (ratchet function). . . 12B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7

14、EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI/VDE 2648 Blatt 2 / Part 25 Dokumentation/Kalibrierschein . . . . . . . 13Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Anhang A Beispiel einer Kalibriereinrichtung . 15Anhang B Beispiel ein

15、es Modells und Messunsi-cherheitsbudgets fr die Kalibrierung von indirekt messenden Sensoren . . 165 Documentation/calibration certificate. . . . . 13Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Annex A Example of a calibration device . . . . 15Annex B Example of a model and uncertainty bud

16、get for the calibration of indirect-measuring transducers . . . . . . . . . 16VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000. Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben

17、, sei auf diesem Wege ge-dankt. Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung de

18、s Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu, sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung, erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI. EinleitungIm Fachausschuss Mess- und Prfverfahren fr dieSchraubtechnik“ beraten Fachleute aus Forschungund Industrie

19、 auf nationaler und internationalerEbene Verfahren und Vorgehensweisen zur berwa-chung und Kalibrierung von Sensoren. Die Ergeb-nisse der Beratung flieen als technische Regel inVDI/VDE-Richtlinien ein.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of t

20、he requirements andrecommendations of guideline VDI 1000. We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline. All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of the

21、full text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without infringe-ment of copyright and with regard to VDI Notices 1to 7. Information on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI. IntroductionIn the

22、 Technical Committee “Measuring and testingprocesses in screwdriving technology”, experts fromresearch and industry consult on the national and in-ternational levels about methods and procedures forthe monitoring and calibration of transducers. The re-sults of this consultation are integrated intoVD

23、I/VDE guidelines as technical rules.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 2648 Blatt 2 / Part 2 3 Die nachfolgend aufgefhrten Richtlinien zur Dreh-moment- und Drehwinkelmessung sind bereits

24、 er-schienen bzw. sind in Vorbereitung:VDI/VDE 2646 Drehmomentmessgerte; Anwei-sungen fr die rckfhrbare WerkskalibrierungVDI/VDE 2647 Sensoren fr Schraubsysteme;Anweisungen zur dynamischen Prfung vonWerkzeugen in Anlehnung an ISO 5393VDI/VDE 2648 Blatt 1 Sensoren und Messsys-teme fr die Drehwinkelme

25、ssung; Anweisungenfr die rckfhrbare Kalibrierung; Direkt mes-sende Drehwinkelmesssysteme (in Vorbereitung)VDI/VDE 2648 Blatt 2 ; Indirekt messendeDrehwinkelmesssysteme1 AnwendungsbereichDie vorliegende Richtlinie beschreibt Verfahren, Ein-flussgren zur Messunsicherheit und Erstellung desKalibriersch

26、eins fr die Kalibrierung von Drehwin-kelmessgerten, bei denen der Drehwinkel indirektgemessen oder durch eine dem Drehwinkel proporti-onale, rechnerisch ermittelte Messgre definiertwird. Bei dieser Art von Messgerten handelt es sich meistum eine Kombination von Drehmoment- Drehwin-kelgebersystemen m

27、it Hebelarm, also um so ge-nannte referenzlose Drehmoment-Drehwinkel-schlssel“.2 Begriffe und Definitionen2.1 Direkte WinkelmessungDie Winkelmessung erfolgt in Referenz zu einerDreh- und Messachse, wobei der Winkel durch dasZhlen von Inkrementen einer Teilkreisscheibe durchAblesen einer Winkelordnun

28、g oder ber eine propor-tionale Gre gemessen wird.2.2 Indirekte WinkelmessungDie Winkelmessung erfolgt referenzlos (ohne mecha-nischen Bezugspunkt) ber eine Ersatzmessgre.Als Beispiel werden optische oder elektrische Gyro-skope sowie Beschleunigungsaufnehmer fr dieMessdatenaufnahme verwendet. Durch e

29、in komple-xes Berechnungsverfahren werden die gewonnenenMesswerte auf die Gre Drehwinkel umgerechnet.The guidelines stated below for torque and anglemeasurement have already been published or are un-der preparation:VDI/VDE 2646 Torque measuring devices; Mini-mum requirements in calibrations VDI/VDE

30、2647 Transducers for nutrunning sys-tems; Guideline for dynamic checking of tools ac-cording to ISO 5393VDI/VDE 2648 Part 1 Transducers and measu-ring systems for measurement of angle; Instruc-tions for traceable calibration; Direct-measuringangle measuring systems (under preparation)VDI/VDE 2648 Pa

31、rt 2 ; Indirect-measuringangle measuring systems1 Objective and scopeThis guideline describes procedures, influence quan-tities affecting the uncertainty of measurement andcalibration certificates evidencing the calibration ofangle measuring instruments in which the angle ismeasured indirectly or is

32、 defined as a measurand de-termined by computation proportional to the rotationangle.In most cases, measuring instruments of this kind area combination of torque/angle transducer systemswith lever arm, so-called “referenceless torque/anglewrenches”. 2 Terms and definitions2.1 Direct angle measuremen

33、tAngle measurement is carried out with reference to arotation and measuring axis, the angle being meas-ured by counting of increments of a divided circlescale by reading an angular order or via a propor-tional quantity.2.2 Indirect angle measurementAngle measurement is carried out without a referenc

34、e(without mechanical reference point) via an equiva-lent measurand with, for example, optical or electri-cal gyroscopes as well as acceleration transducers be-ing used for data capture. A complex calculationprocedure serves to convert the measurement valuesobtained to the quantity “rotation angle”.

35、B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI/VDE 2648 Blatt 2 / Part 22.3 Verwendete Symbole und BenennungenTabelle 1. Symbole und Benennungen 3 Grundlagen und Voraussetzungen3.1 Drehmoment-Messunsicher

36、heit des PrflingsDer Prfling muss vor der eigentlichen Drehwinkel-kalibrierung einer Drehmomentkalibrierung nacheinschlgigen Richtlinien und Normen unterzogenSymbol Benennung Einheit Drehwinkel KAnzeigewert der Kalibriereinrichtung KalibrierdrehwinkelIeEigenverbiegung des Kalibriergegenstandes/NmX A

37、nzeigewert des Kalibriergegenstandes Y KalibrierergebnisYeKalibrierergebnis unter Bercksichti-gung der EigenverbiegungM Drehmoment NmMWDrehmoment bei Winkelmessung NmMfFgemoment (Start Winkelmessung) Nmn Drehzahl min1r Auflsung des Kalibriergegenstandes fRefSystematische Abweichung der Kalibriereinr

38、ichtunguRefMessunsicherheit der Kalibrier-einrichtung s Wiederholprzision b Stabilitt der Anzeige des Kalibrier-gegenstandes im Beharrungszustande Unsicherheit der Eigenverbiegung des Kalibriergegenstandesp Lage des Kalibriergegenstandes zur Kalibriereinrichtungv Unsicherheit durch Drehgeschwindig-k

39、eit h Unsicherheit durch Drehrichtung. k Unsicherheit durch Links-Rcksetzen iUnsicherheitsanteile (i = 1.m)ucStandardmessunsicherheit U Erweiterte Messunsicherheit k Erweiterungsfaktor2.3 Symbols and designations usedTable 1. Symbols and designations 3 Fundamentals and prerequisites3.1 Uncertainty o

40、f the test object with respect to torqueBefore the rotation angle calibration proper, the testobject must be subjected to torque calibration in ac-cordance with relevant guidelines and standards (e.g.Symbol Designation Unit rotation angle Kindication of calibration device: calibration angleIeinheren

41、t bending of calibration item /NmX indication of calibration item Y calibration resultYecalibration result allowing for inherent bendingM torque NmMWtorque in angle measurement NmMfjoining torque (start of angle measurement)Nmn speed rpm r resolution of calibration item fRefsystematic error of calib

42、ration device uRefuncertainty of measurement of calibration devices repeatability b stability of indication of calibration item in steady statee uncertainty of inherent bending of calibration itemp position of calibration item with respect to calibration devicev uncertainty from rotation speed h unc

43、ertainty from rotation direction. k uncertainty from left-hand resetting. iuncertainty components (i = 1.m)ucstandard uncertainty U expanded uncertainty k coverage factorB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsse

44、ldorf 2007 VDI/VDE 2648 Blatt 2 / Part 2 5 werden (z.B. DKD-R 3-7, ISO 6789, VDI/VDE 2646)und den entsprechenden Spezifikationen bzw. Grenz-werten standhalten.3.2 EinbaulageDer Prfling muss whrend des Kalibriervorgangsgem Herstellerangaben betrieben werden. Dabeiist vor allem die Einbaulage zur Dreh

45、achse der Refe-renzanlage gem ISO 6789 einzuhalten. ber eineFunktionsprfung ist vorab sicherzustellen, dass dieWinkelmessung des Drehmoment-Drehwinkelschls-sels (referenzlos, das heit ohne mechanischen Be-zugspunkt) sowohl in vertikaler als auch in horizon-taler Lage einwandfrei gewhrleistet ist. 3.

46、3 Einleitung von DrehmomentDas whrend einer Drehwinkelkalibrierung durch dieentsprechende Kalibriervorrichtung eingeleitete Dreh-moment ist generell zusammen mit dem entsprechen-den Drehwinkelwert anzugeben. Um dieses Drehmo-ment (Istwert und Toleranz) permanent berwachenund dokumentieren zu knnen,

47、kann ein in die Kalib-riervorrichtung integrierter Drehmomentgeber zumEinsatz kommen. Dieser Drehmomentgeber musseiner Drehmomentkalibrierung nach einschlgigenRichtlinien und Normen unterzogen werden (z.B.DKD-R 3-8, DIN 51309, VDI/VDE 2646 (mit maxi-mal 1 % Messunsicherheit) und den entsprechendenSp

48、ezifikationen bzw. Grenzwerten standhalten. Anmerkung: Eine wesentliche Voraussetzung fr die Funktion ei-ner Winkelmessung bei Drehmoment-Drehwinkelgebersystemenmit Hebelarm ist ein an seiner Antriebsachse eingeleitetes Start-drehmoment. Die Winkelmessung startet erst ab einer definiertenDrehmomentb

49、elastung durch die Kalibriervorrichtung. Dieses mi-nimal einzuleitende Drehmoment ist, wenn erforderlich, als Para-meter dem Schlssel vorzugeben und wird als Startdrehmomentder Winkelmessung“ (Fgemoment) bezeichnet. Die Winkelkalib-rierung eines Drehmoment-Drehwinkelschlssels ohne mechani-schen Bezugspunkt kann somit nur in Abhngigkeit zur MessgreDrehmoment erfolgen.3.4 Drehmomentbertragu