طراحی و ساخت کالیبراتور تراز الکترونیکی دقیق و تحلیل عدم‌قطعیت در فرآیند کالیبراسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

تراز الکترونیکی به عنوان ابزار تنظیم زوایای دقیق در تجهیزات پیشرفته کاربرد دارند. دقت و صحت عملکرد تراز باید با استفاده از وسایل کالیبراسیون ظریف و حساس مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پژوهش به منظور کالیبراسیون و ارزیابی دقت یک تراز الکترونیکی دو محوره دقیق، یک ابزار کالیبراسیون با قابلیت موقعیت‌دهی و تفکیک‌پذیری یک میکرون طراحی و ساخته شده است. سپس به بررسی روابط خطی و غیرخطی حاکم بر رفتار تراز الکترونیکی پرداخته شده است. خطای غیرخطی بودن رفتار تراز و همچنین تکرارپذیری رفتار آن در زوایای مختلف، جهت سنجش میزان قابلیت اطمینان حسگر استخراج شده است. با بکارگیری و مقایسه دو روش میانگین حسابی و هندسی، به روش تحلیلی و با شناسایی عوامل موثر بر خطای خروجی کالیبراتور، اثر دقت و خطای اندازه‌گیری هرکدام از آن عوامل بر روی عدم قطعیت اندازه‌گیری زاویه در فرایند کالیبراسیون بدست آمده است. نتایج نشان دهنده آن است که می‌توان از هر دو روش میانگین‌گیری معرفی شده برای استخراج رابطه انتشار عدم قطعیت با دقت خوبی استفاده نمود. همچنین، تحلیل عدم قطعیت پایه ساخته شده و فرآیند کالیبراسیون تناسب تجهیزات بکارگرفته شده را برای ارزیابی تراز الکترونیکی دقیق نمایان می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Construction of an Electronic Tiltmeter Calibrator and Estimation of Calibration Uncertainty

نویسندگان [English]

  • M. Ghafarzade 1
  • A. Kamali E. 2
  • R. Abedini 2
  • R. Rajabi 3
  • M. Tavakoli K. 4
1 Faculty of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. T. University of Technology,Tehran, Iran
4 Faculty of Electrical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Electronic tiltmeter is used as a tool of setting the accurate angles in advanced equipment. The accuracy and precision of tiltmeter should be evaluated by means of precise calibration equipment. This study aimed to calibrate and evaluate the accuracy of a precise dual axis electronic tiltmeter. To this end, a calibration setup with accurate positioning capability was designed and constructed. Then the calibration setup was employed to investigate linear and nonlinear behavior of electronic tiltmeter and extract the corresponding equations. In order to assess the reliability of the tiltmeter sensor, nonlinearity error and repeatability of the tiltmeter at different angles were obtained. Afterwards in an analytic way, arithmetic and geometric means were compared and the factors which affect the calibrator output error were identified to obtain that how much the accuracy and measurement error of each of those factors affect the uncertainty of angle measurement in the calibration process. The results indicate that both introduced methods of averaging can be used to derive relationship of uncertainty propagation accurately. Uncertainty analysis of the constructed base and calibration process demonstrate that the employed equipment correspond with the evaluation of a precise electronic tiltmeter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrolytic tiltmeter
  • Calibration
  • Uncertainty of measurement
  • Electrolyte sensor

مراجع

[1] H. Schwenke, W. Knapp, H. Haitjema, A. Weckenmann, R. Schmitt, F. Delbressine, Geometric error measurement and compensation of machines: an update, CIRP Annals-Manufacturing Technology, 57(2) (2008) 660-675.
[2] ISO/CDTR 230-11, Test code for machine tools, Part 11: Measuring instruments suitable for machine tool geometry tests, (2013) 1-12.
[3] J. Dunnicliff, Geotechnical instrumentation for monitoring field performance, Second Edittion, New York: John Wiley & Sons, (1993).
[4] http://www.jewellinstruments.com, Electrolytic Tiltmeter Basics, (2014).
[5] http://www.geomechanics.com, A. Geomechanics, Tiltmeters and Clinometers: Electrolytic Tilt Sensors, (2009).
[6] http://ww.frederickscom.com, T. F. Company, Principals of operation: Electrolytic tilt sensor signal conditioning, (2014).
[7] C. W. Kennedy, E. G. Hoffman, S. D. Bond, Inspection and gaging: a training manual and reference work that discusses the place of inspection in industry, Industrial Press Inc., (1987).
[8] B. Acko, Calibration of electronic levels using a special sine bar, Precision Engineering, 29(1) (2005) 48-55.
[9] J. H. Lau, B. Y. Kuu, H. H. J.K.Li, A Comparative Study on Testing of Wide-Range Angles Precision 2-axis Digital Angular Measuring Instrument, Innovation & Technology driven, 29(1) (2011) 48-55.
[10] A. Piratelli-Filho, B. Di Giacomo, Uncertainty evaluation in small angle calibration using ISO-GUM approach and Monte Carlo method, XVII IMEKO word congress, Dubrovnik, Croatia, (2003).
[11] H. Woschitz, K. Macheiner, Static and kinematic testing of tiltmeters: facilities and results, Vermessung & Geoinformation, 2(2) (2007) 134-142.
[12] www.geomechanics.com, Model 791 Calibration Plate for Tiltmeters and Inclinometers, (2015).
[13] D. Theodorou, L. Meligotsidou, S. Karavoltsos, A. Burnetas, M. Dassenakis, M. Scoullos, Comparison of ISO-GUM and Monte Carlo methods for the evaluation of measurement uncertainty: Application to direct cadmium measurement in water by GFAAS, Talanta, 83(5) (2011) 1568-1574.
[14] ISO JCGM 100:2008, Evaluation of measurement data-Guide to the expression of uncertainty in measurement, BIPM Joint Committee for Guides in Metrology, (2008).
[15] ISO JCGM 101:2008, Guide to the expression of uncertainty in measurement: Propagation of distributions using a Monte Carlo method, JCGM’s publications, (2008).
[16] D. H. Parker, F. R. Schwab, J. W. Shelton, T. L. Weadon, Calibration and modeling of a dual-axis inclinometer, Precision Engineering, 29(3) (2005) 381-385.
[17] http://www.geomechanics.com, A. Geomechanics, Electrolytic Tilt Sensors, (2015).
[18] P. R. Bevington, D. K. Robinson, Data reduction and error analysis for the physical sciences, First Edittion, McGraw-Hill, (2003).
[19] B. N. Taylor, Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, DIANE Publishing Company, (2009).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 5
آذر و دی 1397
صفحه 1113-1122

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار