Разработка и испытание макета эталонной установки для поверки и калибровки преобразователей ударного ускорения

Требования к точности и широте диапазонов измерений ударных ускорений возрастают по мере усложнения производственной базы в науке и технике. В этой связи актуальная метрологическая задача – снижение погрешностей при поверке и калибровке ударных акселерометров. Один из способов увеличения точности измерений ударных ускорений – снижение у эталонных средств погрешностей, возникающих при воспроизведении и передаче единицы ударного ускорения. Воспроизведение ударных ускорений реализовано во множестве установок, работающих на различных физических принципах. Однако ни одной из существующих установок, ни серией однотипных установок не удается перекрыть полностью весь диапазон встречаемых на практике пиковых значений ускорений и длительностей импульсов. Отечественные метрологические лаборатории испытывают потребность в эталонной установке, способной перекрыть диапазон значений ударных ускорений средних интенсивностей, широко востребованный для поверки и калибровки ударных акселерометров, а также для испытаний при разработке и производстве такого оборудования. Цели исследования – разработать, изготовить и испытать макет ударной установки, которую впоследствии, после апробирования, будет возможно использовать в качестве прототипа эталонной ударной установки для поверки и калибровки преобразователей ударного ускорения.

Отправной точкой исследования стал обзор характеристик и возможностей Государственного первичного специального эталона единицы ускорения при ударном движении ГЭТ ­57–84, рабочих эталонов 2-го разряда (поверочных ударных установок и вибростендов, работающих в ударном режиме) и мировых аналогов. На основе анализа литературных данных выбрана оптимальная схема c пневматическим поршнем, реализованная в конструкции ударной установки для вторичного метода калибровки акселерометров SE‑201 (производитель SPEKTRA Schwingungstechnik und Akustik GmbH). Оборудование для исследования: модуль сбора данных D002 (производитель ООО «ГТЛАБ»); зарядовый кондиционирующий усилитель NEXUS2692-A (производитель Brüel & Kjær Sound and Vibration Measurement); акселерометр 1C301HA (производитель ООО «ГТЛАБ»). Реализованы методы численного моделирования и численного расчета; экспериментальный и измерительный методы. Применены программные продукты: GTL (разработчик ООО «ГТЛАБ»); Ansys LS-DYNA (разработчик ANSYS, Inc.).

Разработаны, изготовлены и апробированы модели молота и наковальни (двух соударяющихся тел) массой по 1 кг из закаленной стали 40Х. На их основе разработан и изготовлен макет ударной установки. Экспериментально подтверждены результаты численного моделирования ударного взаимодействия молота и наковальни на разработанном макете: ударная установка воспроизводит необходимые режимы ударных импульсов, соответствующих рабочему эталону 2-го разряда (пиковые значения ударных ускорений – в диапазоне до 105 м/с2 при длительностях импульсов – от 0,1 мс).

Оценено влияние пластических деформаций молота и наковальни на амплитуду и длительность ударного импульса. Приведены зависимости пиковых ускорений и длительностей импульсов от материала и толщины демпфирующих прокладок и высоты сброса молота. Наконец, показаны возможности разработанной установки послужить прототипом эталонной ударной установки для поверки и калибровки преобразователей ударного ускорения.

В развитие описанной в статье темы автор запланировал исследования, направленные на оптимизацию моделей молота и наковальни, например, на уменьшение их веса. Также будет изучено влияние геометрии и массы наковальни на ее собственные частоты. Рассматривается возможность внедрения лазерного интерферометра в эталонную установку для обеспечения калибровки и поверки абсолютным методом.

1. Пеллинец В. С. Измерение ударных ускорений. М. : Издательство стандартов, 1975. 287 с.

2. Проскурин А. В. Воспроизведение ударных ускорений в лабораторных условиях. Снежинск : РФЯЦ–ВНИИТФ, 2017. 188 с.

3. Quasi-static calibration method of a high-g accelerometer / Y. Wang [et al.] // Sensors. 2017. Vol. 17 (2). P. 409. https://doi.org/10.3390/s17020409

4. Begoff P., Mende M. Primary calibration of shock transducers on a hammer-anvil shock exciter up to 100000 m/s2 // Measurement: Sensors. 2025. Vol. 38. P. 101743. https://doi.org/10.1016/j.measen.2024.101743.

5. Чернявский Д. И., Чернявская Д. Д. Изменение фронта ударной волны от сферы к плоскости в стержневых системах машин ударного действия // Омский научный вестник. 2008. № 4 (73). С. 70–72.