Измерение нагрузки клещами: Как измерять ток токовыми клещами?

Как пользоваться токоизмерительными клещами?

Если вы не знаете как пользоваться токоизмерительными клещами, то смело читайте данную статью. Здесь вы найдете инструкцию по их эксплуатации, снабженную подробными фотографиями. Тут я использовал модель, которая на данный момент оказалась у меня под рукой. Это токовые клещи Fluke 302+. Данную инструкцию можно применить практически к любым подобным устройствам.

Пользоваться данными устройствами очень легко. Конструкция токовых клещей позволяет проводить измерения на действующей электроустановке без каких-либо дополнительных монтажных работ и без разрыва цепи электропитания. Это является их огромным плюсом. Для измерения необходимо установить переключатель в нужное положение, обхватить клещами провод и зафиксировать показания тока.

Главная трудность в таких измерениях заключается в выделении отдельного одиночного проводника. Если клещами обхватить весь провод (фазный и нулевой проводники), то вы получите сумму токов, протекающих по обоим жилам.

В идеале тут должен высветиться нуль, так как токи протекающие по фазному и нулевому проводникам равны по величине, но противоположны по направлению. Как показано на фотографии ниже вы ничего не узнаете и так измерять ток нельзя. Хотя если в таком положении клещи покажут какое-либо значение тока отличное о нуля, то это будет означать, что в данной цепи есть утечка, равная полученному значению.

Поэтому необходимо найти место, где данные проводники разделяются, и где есть возможность подлезть клещами. Например, в распределительном щитке в месте подключения фазы к автоматическому выключателю. К сожалению этого сделать можно не везде. Это является их небольшим минусом, но возможность измерения без разрыва цепи его полностью перекрывает, по крайней мере в моей деятельности.

Я работаю в связевых помещениях, где категорически запрещено обесточивать оборудование связи, поэтому токовые клещи являются единственным устройством, которым возможно померить ток и посчитать потребляемую нагрузку.

Как они устроены и какие бывают виды читайте в статье: Что такое токовые клещи и зачем они нужны?

Ниже инструкция описана на моделе Fluke 302+. Это качественные и хорошие токоизмерительные клещи, но они могут измерять только переменный ток. Постоянный ток другими моделями клещей измеряются аналогично как и переменный, только необходимо переключить их в режим измерения постоянного тока.

Перед любыми измерениями убедитесь, что ваша модель токоизмерительных клещей сможет для этого подойти. На них указано максимальное значение тока, которое можно ими измерить. В моем случае это переменный ток до 400А. Хотя такие большие токи вы у себя дома не встретите и поэтому дома подойдут любые модели.

Также на самих измерительных приборах указывается категория безопасности. В моем случае на моделе Fluke 302+ имеется маркировка:

• CAT III 600 V — это означает, что устройство защищено от кратковременных скачков напряжения внутри оборудования при эксплуатации в составе стационарных систем напряжением до 600В, например распределительных панелей, фидеров и ответвлений, а также систем освещения крупных зданий.
• CAT IV 300 V — это означает, что устройство защищено от кратковременных скачков напряжения от оборудования первичного уровня электроснабжения напряжением до 300В, например электрического счетчика, установки воздушной или подземной системы общего пользования.

Инструкция как пользоваться токоизмерительными клещами

1. Находим место, где можно свободно обхватить клещами одиночный проводник.
2. Переводим ручку переключения режимов измерения в нужное положение. В сети переменного тока на указатель A~ или A_AC. В сети постоянного тока на указатель A- или A_DC. Данные обозначения дополнительно дублируются на дисплее. Напомню, что мои клещи функцию измерения постоянного тока не поддерживают и поэтому на них данного обозначения нет.
3. Нажимаем на кнопку раскрытия клещей.

4. Обхватываем нужный проводник и устанавливаем клещи перпендикулярно плоскости провода.

5. Отпускаем кнопку раскрытия клещей. Так замыкается цепь магнитопровода и происходит измерение тока.
6. Записываем полученное значение тока на дисплее. Если его плохо видно, то можно результаты измерения зафиксировать, нажав кнопку «Hold». Потом можно убрать клещи и увидеть измеренное значение тока. Оно будет показываться на экране пока вы не нажмете снова кнопку «Hold».

Выше я описал основные функции токоизмерительных клещей, т.е. измерение тока без разрыва цепи. Думаю, что все понятно.

Для универсальности данного прибора практически все производители добавляют в его конструкцию дополнительные функции. Это возможность измерения других параметров, таких как напряжение, сопротивление и т.д. Об этом я расскажу в следующей статье: «Дополнительные функции токоизмерительных клещей».

Сегодня нам так не хватает улыбок:

Сидят два электрика на столбе. Мимо них идет старушка.
Первый электрик:
— Бабуль, подай, пожалуйста, провод.
Старушка:
— Какой, милай, этот?
Электрик:
— Нет, бабуль, другой.
Старушка подает.
— На, сынок.
Первый электрик второму:
— Я же говорил, что «ноль» , а ты — «фаза», «фаза» !!!

Правильное использование токоизмерительных клещей в наладке коммерческих и жилых объектов

Мы все знаем, что токоизмерительные клещи используются для измерения нагрузки цепи. Но, проявив немного находчивости, вы сможете использовать токоизмерительные клещи для определения того, какой прерыватель контролирует разные выходы, а также для измерения индивидуальной нагрузки (как нагрузочного напряжения и тока заземления, при наличии). Это поможет быстро решить проблемы с нагрузкой и сохранит вашу репутацию мастера по устранению неисправностей. 

Токоизмерительные клещи измеряют ток, определяя магнитное поле вокруг токонесущего проводника. Другого практичного способа для измерения тока в системах с электрической проводкой просто не существует. Разрывать цепи для выполнения серии измерений не практично, и может положить конец вашей карьере, если по незнанию вы отсоедините критически важные нагрузки. Обычно измерения осуществляются на панели, измеряются нагрузка и баланс на трехфазных питающих линиях. В случае преобладания гармонических нагрузок, также обязательны измерения без напряжения в электрощите. Измерение тока можно также использовать для диагностики исправности двигателя.

Помимо основных измерений, для которых токоизмерительные клещи и были разработаны, современные цифровые измерительные клещи способны измерять напряжение и сопротивление. Это значит, что вы можете выполнять большинство, если не все, обычных, повседневных измерений при помощи токоизмерительных клещей. Если бы электрик мог взять с собой на объект всего один измерительный инструмент, то разумным выбором стали бы токоизмерительные клещи. Модель токоизмерительных клещей должна измерять истинные среднеквадратичные значения. Альтернативой может быть модель, измеряющая усредненные значения, менее дорогая, но не гарантирующая точных измерений тока. При наличии в цепи электронных нагрузок (компьютеры, телевизоры, освещение, приводы двигателей и т. д.) прибор, измеряющий усредненные значения, может быть недостаточно точным. И чем выше электронные нагрузки, тем выше погрешность. Токоизмерительные клещи с измерением истинных среднеквадратичных значений будут точными всегда (разумеется, если они откалиброваны). Поэтому, если вы знаете, что можете столкнуться с подобного рода нагрузками, приобретите токоизмерительные клещи с измерением истинных среднеквадратичных значений. Это позволит вам думать о работе, а не об измерительном инструменте. На коммерческих площадках точные токоизмерительные клещи с измерением истинных среднеквадратичных значений просто необходимы.

Токоизмерительные клещи при работе на жилых объектах

Электрикам, работающим на жилых объектах, токоизмерительные клещи необходимы для измерения нагрузок на индивидуальных ответвленных цепях в эксплуатационной панели. Хотя проверки на месте обычно достаточно, иногда она не предоставляет полной картины, поскольку нагрузки включаются и выключаются, проходят по циклам и т.

д. Напряжение в электрической системе должно быть стабильным, но ток может быть очень динамичным. Для проверки пиковой или наиболее неблагоприятной нагрузки на цепь используйте токоизмерительные клещи с функцией минимума/ максимума, которая предназначена для определения высоких токов, существующих дольше 100 мс, или около восьми циклов. Эти токи приводят к возникновению прерывистой нагрузки, которая может стать причиной срабатывания прерывателей цепи.

Снимайте измерения на стороне нагрузки прерывателя цепи или предохранителя. Прерыватель размыкает цепь в случае возникновения случайного короткого замыкания. Это особенно важно при любых измерениях напряжения при прямом контакте. Несмотря на то, что зажимы клещей изолированы и таким образом имеют уровень защиты, которого нет при прямом измерении напряжения, лучше соблюдать осторожность.

Распространенной проблемой при работе на жилых объектах является соотнесение выходов с прерывателями. Клещи можно использовать для определения, к какой цепи относится определенный выход.

Сначала снимите на электрощите показания линии временной развертки имеющегося в цепи тока. Затем переведите токоизмерительные клещи в режим минимума/максимума. Перейдите к интересующей вас розетке и подключите нагрузку (в идеале — фен) и включите ее на пару секунд. Проверьте зажим и посмотрите, изменилось ли максимальное значение тока. Обычно фен использует 10-13 ампер, поэтому разница должна быть заметной. Если показания остались без изменений, вы подключились не к тому прерывателю.

Токоизмерительные клещи на коммерческих объектах

Токоизмерительные клещи используются в электрощитке для измерения нагрузки цепи на питающих линиях, а также на ответвленных цепях. Измерения на ответвленных цепях должны всегда выполняться со стороны нагрузки прерывателя или предохранителя.

• Необходимо проверить питающие кабели на сбалансированность и нагрузку: ток во всех трех фазах должен быть примерно одинаковым, чтобы сократить обратный ток на нулевой точке.
  
• Нулевую точку также необходимо проверить на предмет перегрузки. С гармоническими нагрузками допустимо, чтобы на нулевой точке было больше тока, чем на питающих линиях, даже если питающие линии сбалансированы.
  
• Каждую ответвленную цепь также необходимо проверить на возможные перегрузки.
  
• Наконец, необходимо проверить контур заземления. На «массе» ток должен быть минимальным.

Проверка на наличие токов утечки

Для проверки наличия тока утечки в ответвленной цепи поместите провод под напряжением и нейтраль в зажимы токоизмерительных клещей. Любой измеренный ток является током утечки, т.е. током, возвращаемым в контур заземления. Токи питания (черный провод) и возврата (белый провод) создают противодействующие магнитные поля. Токи должны быть равны (и противоположны), а противостоящие поля должны нейтрализовывать друг друга. Если это не так, значит имеется ток, называемый током утечки, который возвращается по другому пути, которым может являться только заземление.

Если вы обнаружили чистый ток между питанием и возвратом, установите природу нагрузки и цепи. В неправильно проложенном контуре почти половина тока нагрузки может оставаться в системе заземления. Если измеренный ток слишком высокий, возможно, существует проблема проводки.

Ток утечки также может быть вызван утечкой нагрузки или плохой изоляцией. Основными причинами этого являются изношенная обмотка двигателей или наличие влаги на контактах. Если вы подозреваете чрезмерную утечку, то проверка с отключенным питанием, выполненная при помощи мегомметра, поможет вам оценить целостность изоляции контура и поможет определить наличие проблемы и ее расположение.

Измерение индивидуальных нагрузок

Для измерения индивидуальных нагрузок можно использовать съемный провод на розетке. Он представляет собой простой удлинительный провод со снятой внешней изоляцией, таким образом, черный, белый и зеленый провода оголены. Это намного проще, чем извлекать переходник для того, чтобы достать нужный провод. Подключите нагрузку к кабелю, а кабель вставьте в розетку. Для измерения нагрузочного тока зажмите черный провод. Выполняйте проверку тока заземления напрямую на зеленом проводе или на черном и белом одновременно.

Двигатели и цепи управления двигателями

Одним из самых сложных мест для выполнения измерений тока является шкафчик цепи управления, особенно если в нем используются компоненты, отвечающие стандарту IEC. Европейские компоненты IEC гораздо более компактные, чем аналогичные им детали по стандарту NEMA, и провода могут быть проложены очень тесно. Конические зажимы и функция «подсветки» на токоизмерительных клещах Fluke серии 370 прекрасно подходят для выполнения такого рода измерительных задач.

Трехфазные асинхронные двигатели часто используются в коммерческих зданиях для приведения в движение вентиляторов и насосов. Двигатели могут управляться как электромагнитными стартерами, так и электронными приводами с регулируемой скоростью вращения. Приводы с регулируемой скоростью вращения становятся все более распространенными, поскольку они позволяют экономить значительное количество электроэнергии.

Fluke 376 — это идеальные токоизмерительные клещи для выполнения измерений на таких двигателях и приводах:

• Нагрузка
  Потребление тока двигателем, измеренное как среднее значение трех фаз, не должно превышать значения тока полной нагрузки двигателя (определяет сервис-фактор). С другой стороны, двигатель с нагрузкой менее 60 процентов от тока полной нагрузки (а многие двигатели недогружены) становится малоэффективным и коэффициент мощности также снижается.
• Баланс токов
  Небаланс токов может быть признаком наличия проблем с обмоткой двигателя (например, разницы в сопротивлениях на обмотке поля по причине внутренних замыканий). Проще говоря, небаланс должен быть ниже 10 процентов. (Для расчета небаланса, сначала рассчитайте среднее значение показаний трех фаз, затем найдите самое высокое отклонение от среднего значения и поделите его на среднее значение. ) Максимальной точкой небаланса токов является одна фаза, когда ток отсутствует в одной из трех фаз. Обычно это вызвано открытым плавким предохранителем.
• Пусковой ток
  Двигатели, запускаемые на линии (механическими стартерами) будут иметь пусковой ток (у приводов с регулируемой скоростью вращения нет пускового тока). Пусковой ток составляет приблизительно 500 процентов на старых двигателях и достигает 1200 процентов на энергоэффективных двигателях. Если пусковой ток слишком высокий, он является частой причиной просадки напряжения, а также вызывает срабатывание предохранителей. Уникальная функция «пуска» на токоизмерительных клещах Fluke 376 срабатывает на пусковой ток и фиксирует его истинное значение.
• Пиковая нагрузка (шоковая нагрузка)
  Некоторые двигатели подвержены шоковым нагрузкам, которые могут вызвать достаточный скачок напряжения для срабатывания цепи зашиты от перегрузки в контроллере двигателя. Например, если пила натыкается на сучок. Функция максимума/минимума позволяет записывать самое высокое потребление тока во время шоковых нагрузок.

Токоизмерительные клещи являются незаменимым измерительным инструментом электрика при работе как на жилых, так и на коммерческих объектах.

Безопасная работа

Высокое напряжение и ток в электрических системах могут стать причиной серьезных травм, смерти или ожогов. Поэтому только обученные и опытные электрики, знакомые с электрическими системами и проверяемым оборудованием должны допускаться к проведению измерений и только они должны осуществлять изменения в электрических системах.

Fluke не может перечислить все необходимые меры предосторожности, необходимые для выполнения описываемых здесь измерений. Тем не менее, необходимо как минимум выполнить следующее:

• Используйте соответствующее защитное оборудование, например, защитные очки, изолированные перчатки, изолирующие коврики и т. д.
• Убедитесь, что питание отключено, заблокировано и помечено в случаях непосредственной работы с компонентами цепи. Убедитесь, что питание не может включить никто, кроме вас.
• Внимательно ознакомьтесь со всеми необходимыми руководствами, перед тем как использовать информацию из этого указания по применению. Обратите особое внимание на все меры предосторожности и предупреждения в руководствах по эксплуатации.
• Не используйте приборы в работе, для которой они не предназначены, помните, что если оборудование используется не тем способом, который указал производитель, защита обеспечиваемая оборудованием может быть ухудшена.

Почему ультразвуковое измерение нагрузки зажима?

Почему ультразвуковое измерение нагрузки зажима? 16 августа 2019 г.

Джим Парсонс, инженер-испытатель крепежных изделий, [email protected]

До июня 2018 года я работал в глобальной OEM-компании по тестированию транспортных средств, в частности выполняя ультразвуковые измерения нагрузки на зажим в резьбовых соединениях систем подвески. и испытания на долговечность компонентов, а также испытания прототипов и сборки продуктов. Здесь я сосредоточусь на преимуществах измерения нагрузки ультразвуковыми клещами.

Для этого я дам краткий обзор различных процессов, необходимых для получения удовлетворительного результата, а также рассмотрю процесс измерения, подготовку крепежа, калибровку и то, как измерения используются в испытательном приложении.

Кроме того, я рассмотрю методы затяжки, которые, надеюсь, прояснят любые возникающие вопросы, прежде чем сосредоточиться на примерах, подчеркивающих универсальность измерения нагрузки ультразвуковыми зажимами.

Что такое зажимная нагрузка?
Прежде всего, не следует путать нагрузку зажима с крутящим моментом, как я объясню позже. Зажимная нагрузка – это параметр, определяющий функцию резьбового соединения. Это, буквально, сила, которая удерживает сустав вместе.

Можно измерить нагрузку на зажим, вставив в приложение шайбу для измерения нагрузки, но это обязательно модификация соединения. Если, конечно, ваше приложение не содержит шайбу загрузки.

Благодаря третьему закону Ньютона мы знаем, что величина, на которую застежка сжимает соединение, отражается равной и противоположной реакцией растяжения застежки на часть, выполняющую работу. В последние 20-30 лет люди познакомились с идеей «растяжек-болтов», в основном применительно к креплениям ГБЦ, но очевидно, что все болты всегда растягивались.

При использовании ультразвукового импульса именно это изменение длины измеряется для определения нагрузки установленного зажима. Хотя это также можно измерить с помощью тензодатчиков, это может создать свои проблемы с доступностью и путями проводки.

Для довольно стандартной сборки системы подвески тестируемые компоненты должны быть собраны, а крепежные детали затянуты в соответствии со спецификацией, после чего они «маркированы краской». Этот «красочный след» служит визуальным индикатором того, что застежка все еще «затянута». В конце испытания крепежные изделия проверяют на крутящий момент при 70% установленного крутящего момента и измеряют без крутящего момента. Однако, с точки зрения испытаний на долговечность, это может быть слишком поздно.

Можно измерять крутящий момент «включено» или «выключено» через определенные промежутки времени во время теста, чтобы убедиться, что оно все еще «натянуто», но это нарушает соединение и может искусственно усилить или ослабить его. Используя ультразвуковое измерение нагрузки на зажим, можно контролировать фактическое соединение, не нарушая его и не влияя на его целостность, что идеально подходит для этого сценария.

Исторически сложилось так, что ультразвуковое измерение нагрузки на зажим в моем конкретном мире возникло в результате недостаточной долговечности крепежных изделий с органическими чешуйками цинка и подобными покрытиями. Во время испытаний подвесной установки считалось, что крепеж «ослаб», хотя «красочные метки» все еще были совмещены. В некоторых случаях было обнаружено, что более толстое покрытие допускало небольшое смещение в некоторых соединениях, разрушая покрытие, что приводило к снижению сопротивления растяжению и соответствующему падению зажимной нагрузки.

Ультразвуковое измерение нагрузки на зажим с тех пор стало неотъемлемой частью испытаний на долговечность как средство диагностики и проверки. В дополнение к этому, в ряде случаев он использовался для уточнения или даже определения стратегий ужесточения для создания и производства прототипов.

Обзор процесса измерения
Ультразвуковой токоизмерительный прибор для измерения нагрузки работает с помощью звуковых эхо-отражений, подобно гидролокатору, но с гораздо более высокой частотой. Ультразвуковой генератор возбуждает пьезоэлектрический усилитель, прикрепленный к одному концу застежки, создавая ультразвуковой импульс. Он проходит по всей длине застежки и отражается назад. Эхо отражения обрабатывается прибором и отображается на экране просмотра. Длина застежки измеряется с точки зрения времени пролета (TOF) между исходным импульсом и отражением эха.

Используя разницу в TOF между ослабленным и затянутым состояниями крепежа, измерительное устройство рассчитывает изменение длины крепежа и, следовательно, нагрузку, которую он прикладывает к соединению.

Подготовка крепежа
Концы каждого крепежа должны быть обработаны так, чтобы получить две параллельные поверхности с хорошей обработкой поверхности для обеспечения эффективной передачи и отражения ультразвукового импульса. Например, стандартный болт с шестигранной головкой обычно шлифуется на каждом конце. Это делается путем зажима нескольких креплений в приспособлении, состоящем из двух частей, которое может поворачиваться на 180 °, чтобы зашлифовать каждый конец, не нарушая крепления.

Затем торцевые поверхности очищают и обезжиривают перед тем, как приклеить пьезоэлектрический датчик к центру одного конца (обычно к головке) с помощью подходящего клея.

Калибровка
В идеальном мире каждый устанавливаемый крепеж должен иметь собственную уникальную калибровку, поскольку каждый из них может иметь немного отличающуюся внутреннюю структуру, даже если он изготовлен по одной и той же спецификации. Однако калибровка требует, чтобы крепеж был затянут, и это может повлиять на его последующее поведение в реальном соединении. Например, путем удаления любого покрытия, которое может быть на нем, что приводит к изменению размеров. Я также видел, что цикл нагрузки/расслабления может привести к физическому «отжигу» крепежа.

В любом случае, для очень больших количеств это, очевидно, займет много времени, поэтому я практикую калибровку крепежа партиями. Если для каждого из шести испытаний требуется только три крепежных элемента и все соединения одинаковы, я могу запросить 24 и обработать, измерить и откалибровать их все как одну партию. Если для 20–30 испытаний требуется 240 болтов головки блока цилиндров, я могу, например, разделить их на партии по 80 штук.

Калибровку можно разделить на три части:

• Эхоанализ.
• Калибровка температуры.
• Загрузить калибровку.

Эхо-анализ
Во-первых, я бы сгенерировал сигнал, содержащий все функции, которые мне требуются для воспроизводимого измерения по всей партии крепежных изделий, и установил бы окно измерения на часть временной оси, в которой ультразвуковой импульс будет отражаться . После внесения необходимых корректировок в параметры окна я получу четкий четкий пик эхосигнала (обведен кружком на рисунке 1).

Этот пик будет использоваться при каждом измерении, и нечеткие сигналы могут привести к искажению, когда исходный пик отступает вверх, а другой (с любой стороны) следует за ним. Это приводит к неправильным измерениям, поскольку устройство измеряет неправильный пик или от него и, следовательно, к ошибочному значению TOF. Как только на всех крепежных элементах будет установлен хороший четкий эхо-пик, можно начинать этап калибровки.

Для начала я бы взял контрольное измерение, известное как базовое время полета (BTOF) всех крепежных изделий, и расположил их в порядке от самого короткого до самого длинного (рис. 2).

Калибровка температуры
Для калибровки температуры я бы взял застежку из середины диапазона BTOF и измерил бы TOF в диапазоне от -20°C до 80°C, выдерживая температуру по 90 минут на каждой шаг 10°С. Затем рассчитывается масштабный коэффициент, чтобы свести на нет любые изменения показаний из-за температуры. Это действительно необходимо только в том случае, если между интервалами измерения могут быть большие перепады температур, но я обычно оставляю это включенным на ночь, поэтому на самом деле это не занимает много времени, как само собой разумеющееся.

Калибровка нагрузки
Перед выполнением какой-либо калибровки нагрузки требуется определенная важная информация о соединении, такая как целевая нагрузка (кН), спецификация затяжки и длина соединения.

Длина соединения — это часть крепежного элемента, которая фактически выполняет работу. Также известная как длина захвата, особенно в Северной Америке, она относится к зажатой части соединения (например, между сцепленной резьбой и поверхностью, на которую воздействует натяжение).

Я бы назвал ужесточение спецификации слабой проверкой работоспособности. Неплотно, потому что я буду использовать консистентную смазку для смазывания всего узла и продления срока службы моих адаптеров и проставок, и поэтому мне придется внести поправку в измерение крутящего момента, чтобы учесть уменьшенное трение.

Требуется специальный калибровочный стенд с установленным на нем набором тензодатчиков, подходящих для всех ожидаемых зажимных нагрузок. Например, у меня были тензодатчики 0 кН – 20 кН, 0 кН – 50 кН, 0 кН – 100 кН и 0 кН – 250 кН, которые можно было установить на скамью, чтобы покрыть хороший диапазон нагрузок.

С помощью адаптера с внутренней резьбой и прокладок (в основном, больших шайб) воспроизводится точная длина соединения. Таким образом, когда застежка затягивается и сжимает тензодатчик, он растягивается на ту же часть, что и при фактическом применении. Это необходимо для обеспечения согласованности между калибровочными и тестовыми измерениями. Крепеж затягивается постепенно до целевого диапазона, как показано на дисплее тензодатчика.

Опять же, чтобы усреднить партию, я бы затянул самый длинный и самый короткий крепеж на BTOF и рассчитал масштабный коэффициент, необходимый для приравнивания измерения устройства U/S к измерению весоизмерительного датчика. Затем это «доказывается» с помощью одного или двух крепежных элементов из середины диапазона BTOF с использованием этого рассчитанного масштабного коэффициента.

При этом измерительное оборудование эффективно настраивается для применения. Результаты этого заносятся в сертификат калибровки и выдаются заказчику. Это покажет сравнение между тензодатчиком и ультразвуковыми измерениями и погрешность между ними. В нем также указывается используемый масштабный коэффициент калибровки, а также номера деталей и важная информация о соединении.

Опять же, это может быть действительно только для текущей партии крепежных изделий, поэтому для последующих партий может потребоваться проверка калибровки, если требуется дополнительное тестирование.

Применение
После всего этого «тестовая» часть измерения довольно проста. Я приму участие в подаче заявки на поставку крепежа с инструментами и проведу монтажные замеры. Это может быть, например, стенд для подвесной системы с полным набором инструментальных крепежей, стенд для испытаний компонентов, сборка прототипа двигателя или простое стендовое испытание.

В Таблице 1 мы можем видеть результаты теста на прокладку головки блока цилиндров Fuji-paper. Если мы сосредоточимся на показаниях болта 1, мы увидим, что наши измерения будут состоять из BTOF для установления нашего эталона, за которым следуют показания на каждом этапе процесса затяжки; 20 Нм, 60 Нм, +220°C и фиксированное измерение, в идеале через 24 часа. В этом случае установившееся измерение представляет собой окончание тестового чтения до того, как мы ослабим крепления. В случае испытаний на долговечность или динамометрических испытаний также могут проводиться периодические измерения во время испытаний для определения любой постепенной потери зажимной нагрузки из-за нагревания и/или циклического изменения нагрузки.

Возможно, вы заметили, что измерение обратного хода (ослабления) не отражает возврат к нагрузке зажима 0 кН, и позже я объясню почему. Но сначала…

Техника затяжки
В настоящее время для некритичных креплений для установления целостности собранного соединения используется спецификация крутящего момента. Однако крутящий момент — это просто мера того, какое усилие требуется, чтобы повернуть застежку, и, следовательно, он в значительной степени отражает трение внутри соединения.

То есть трение между сопрягаемой резьбой и зажимными поверхностями Это может привести к большому изменению результирующей установленной нагрузки зажима для заданного крутящего момента. Там, где трение является переменным, может быть резкое несоответствие в нагрузке зажима, установленной для данного крутящего момента.

Обычно для некритических применений эти крепежные детали затягиваются в пределах их предела упругости (рис. 3) и могут использоваться повторно. Таким образом, удлинение крепежного элемента прямо пропорционально установленной нагрузке зажима.

Важные крепления часто затягиваются с использованием спецификации «уступчивости», при которой крутящий момент контролируется в зависимости от угла, на который поворачивается крепеж. Точка «уступчивости» — это точка, в которой крепеж достигает предела эластичности, точка, в которой крепеж может прикладывать максимальную растягивающую нагрузку и по-прежнему использоваться повторно (рис. 4). За пределами этой точки градиент кривой крутящего момента/угла уменьшается, так как крепеж необратимо деформируется. Таким образом, эти застежки можно использовать повторно только несколько раз, если вообще использовать.

Где-то между этими двумя значениями находится характеристика крутящего момента/угла, при которой соединение затягивается с определенным крутящим моментом, а затем прикладывается угол, чтобы гарантировать, что нагрузка зажима находится в пределах диапазона кривой «уступчивости» крепежа (рис. 5).

Вернемся к нашим показаниям обратного хода, полученным в результате испытания болтов головки блока цилиндров (таблица 1). Если крепежный элемент деформируется (т. е. выходит за пределы его упругости), наши измерения будут состоять из фактической установленной зажимной нагрузки плюс постоянная пластическая деформация.

Чтобы рассчитать фактическую установленную нагрузку зажима, я бы вычел это положительное смещение из исходного измеренного значения. Опять же, если мы сосредоточимся на Таблице 1, мы увидим, что урегулированное измерение составляет 101 кН, «откат» составляет 26,4 кН, и, следовательно, фактическая установленная нагрузка на зажим при урегулировании составляет 74,6 кН. Причина, по которой я делаю это, заключается в том, что я буду калибровать только линейную часть графика U/S Device/Load Cell (т.е. в пределах эластичного диапазона), используя полиномиальное уравнение первого порядка (y=mx).

Таким образом, измерение, которое вы видите в диапазоне пластической деформации (упругости), представляет собой описание того, какой была бы нагрузка, если бы деформация оставалась упругой, а нагрузка линейной. Точно так же измерение «обратного хода» представляет собой описание того, что будет представлять постоянное растяжение с точки зрения линейной эластичной нагрузки. Вычитание последнего из первого равняется и сводит на нет любую ошибку в этих измерениях.

Возможна калибровка для измерения предела текучести, но для этого требуется больше креплений, больше приращений и гораздо большая осторожность, чтобы обеспечить точный расчет полиномиального масштабного коэффициента второго порядка для описания градиента кривой.

В конечном счете, вся эта дополнительная работа будет заключаться в устранении необходимости вычитания постоянного расширения из установленного и любого последующего измерения. Помимо того, что это быстрее и проще в исполнении, я считаю, что этот сценарий гораздо проще объяснить непосвященным, и он дает очень четкое представление о том, поддалась ли застежка.

Универсальность
Мне удалось провести измерения на крепежных элементах от очень маленьких винтов M6 x 15 кронштейна тормозного шланга, стяжек, головки блока цилиндров, шатуна и болтов с большим концом, вплоть до шпилек выпускного коллектора и карданных валов. Приводной вал, по сути, представляет собой большой болт странной формы, на котором ступица зажимается гайкой ступицы. Если между двумя поверхностями имеется резьба, зажимающая что-либо, и имеется доступ к любому концу резьбового стержня, то можно измерить его удлинение и, следовательно, усилие зажима, устанавливаемое при затяжке.

 

Об авторе

Джим Парсонс начал свою карьеру в качестве ученика в глобальном автомобильном OEM-производителе, прежде чем приобрести опыт в создании и установке сборочных станков, а затем, в частности, инструментов для гайковертов и систем затяжки на производственных линиях различных производителей автомобилей и двигателей. Это дает ему обширный опыт в области крепежных изделий и технологий затяжки, особенно в условиях производственной линии.

Затем он снова присоединился к мировому автомобильному OEM-производителю и в течение последних 8 лет совершенствовал свой опыт в ультразвуковом измерении нагрузки на зажим в отношении систем подвески и испытаний на долговечность компонентов, а также создания прототипов и производства и испытаний.

Сохранить и поделиться

Как измерить момент затяжки болтов?

Одним из оригинальных и наиболее распространенных способов соединения деталей является резьбовое соединение, однако резьбовое соединение и его крепление представляют собой сложное дело. Фабрики, производственные линии, производственные предприятия используют широкий ассортимент крепежных и сборочных систем. От небольшого и дотошного слова индустрии сборки часов, требующей точности и низкого крутящего момента, до оборудования для тяжелых условий эксплуатации, требующего высокой производительности, во всех используется множество крепежных решений, которые должны обеспечивать критически важные эксплуатационные характеристики. Правильное крепление резьбовых соединений с первого раза представляет собой сложную задачу. Распространенная проблема, с которой сталкиваются многие отрасли, связана с ослаблением крепления из-за неадекватной (неточной или неправильной) затяжки, что может привести к полному выходу изделия из строя.

В ANDILOG Technologies мы понимаем, что измерения нагрузки на зажим и крутящего момента могут иметь решающее значение, поэтому мы хотим предложить вам широкий спектр измерительных устройств и индикаторов, а также поделиться с вами нашими знаниями о том, что означает затяжка.

Что такое затягивание?

Когда вы затягиваете с помощью динамометрического ключа, вы фактически измеряете величину трения, создаваемого сопрягаемыми поверхностями в соединении, и по мере увеличения зажимной нагрузки увеличивается и крутящий момент. Вы можете видеть, что существует некоторая связь между крутящим моментом и зажимной нагрузкой. Это соотношение определяется величиной трения в суставе, а также развиваемой зажимной нагрузкой. Проблема в том, что вы не можете измерить или предсказать абсолютное значение трения в суставе. Однако мы можем свести к минимуму эффект трения, используя смазочные материалы (смазки, графит, тефлон, пластмассы).

Почему может помочь измерение крутящего момента?

Самым популярным и старейшим инструментом для сборки и способом обеспечения того, чтобы собранный болт соответствовал спецификации сборки, является крутящий момент. Его легко реализовать, измерить и контролировать. Основная проблема, связанная с этим методом, заключается в том, что нагрузка на крепежный элемент, возникающая в результате приложенного крутящего момента, зависит от конструкции крепежного элемента и преобладающих условий трения. Несмотря на эти проблемы, это по-прежнему наиболее распространенный способ проверки узла затяжки.

Измерение на стадии НИОКР

Большинство инженеров уже знают о важности высокой предварительной нагрузки для поддержания целостности соединения. При затяжке с регулируемым крутящим моментом достижение правильного предварительного натяга зависит от заданного правильного момента затяжки.

Без надлежащих аналитических инструментов и информации определение правильного крутящего момента может быть проблематичным. Независимо от того, являетесь ли вы специалистом по обслуживанию или инженером-конструктором, вам часто необходимо знать правильный момент затяжки. Для многих типов резьбовых соединений эта информация либо отсутствует, либо недоступна. Вот два примера измерений, которые вы делаете:

Измерение крутящего момента и натяжения : Определение соотношения крутящего момента и натяжения для резьбового соединения, позволяющее определить соответствующий крутящий момент затяжки. Такие испытания позволят определить коэффициент гайки (иногда называемый коэффициентом крутящего момента или коэффициентом k) и общий коэффициент трения. Выполнив несколько подобных испытаний, можно установить изменение отношения крутящего момента к напряжению из-за изменения трения для приложения.
Узнайте, как измерять усилие нагрузки на крепеж с помощью нашего датчика нагрузки для сквозного отверстия

Испытания крутящего момента-угла и крутящего момента до предела текучести: Испытания могут быть выполнены на реальных сборках для получения графиков крутящего момента-угла, которые можно использовать для определения необходимого крутящего момента. для достижения предела текучести болта. Такие графики могут быть использованы для установления соответствующей спецификации крутящего момента-угла. Информация об испытаниях крутящего момента также может быть использована для оценки структурной целостности сборки. Откройте для себя наш приводной поворотный датчик крутящего момента и угла поворота

 

Измерение во время производственной сборки

Существует два подхода к проверке крутящего момента при установке. Первый — динамический, который с помощью встроенных преобразователей, прикрепленных к инструменту для затяжки; установочный крутящий момент измеряется напрямую. Второй подход заключается в измерении крутящего момента оператором или инспектором после завершения установки.

Динамический крутящий момент или аудит «в процессе»: Динамический метод дает результаты, не зависящие от точности показаний оператора, и сообщает инженерам, насколько хорошо инструменты работают на линии. Это крутящий момент, фактически прилагаемый к крепежному элементу во время выбега. Приводные динамометрические инструменты связаны с датчиком крутящего момента поворотного привода. Поскольку этот метод позволяет автоматически сохранять и извлекать данные о затяжке, он может быть важным инструментом статистического контроля процесса. Узнайте больше о нашем динамическом измерителе крутящего момента

Проверка крутящего момента после сборки: Остаточный крутящий момент необходимо проверить как можно скорее после операции затяжки, медленно, чтобы свести к минимуму динамическое воздействие на датчик крутящего момента. Показания крутящего момента зависят от коэффициентов трения под поверхностью гайки и в резьбе. (Примечание: значения крутящего момента могут варьироваться на целых 20%, если болты простоят в течение двух дней). Откройте для себя наш статический измеритель крутящего момента.

Эти два метода эквивалентны?

Эксперты по креплениям предупреждают, что остаточный крутящий момент и динамический крутящий момент не идентичны, и, конечно же, крутящие моменты затяжки и ослабления будут различаться (затяжка включает динамическое сопротивление, а ослабление включает статическое сопротивление; ). Остаточный крутящий момент часто ниже динамического крутящего момента. Во многих случаях сустав расслабляется после фиксации.

Хотите еще?

Вы используете крепежные инструменты на своей сборочной линии, их работу необходимо периодически проверять, и вы можете проводить периодические выборочные проверки для подтверждения точности и качества ваших повседневных инструментов: анализатор крутящего момента.