Методы уменьшения неисключённой систематической составляющей погрешности государственного первичного специального эталона единицы давления ГЭТ 43-73

• Автор: Асланян, Андрей Эдуардович
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Менделеево
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ составляющих НСП ГЭТ
Глава 2. Анализ возможных направлений уменьшения деформационных погрешностей эталона
Глава 3. Оценка погрешности расчёта деформации поршневых пар и определение закономерностей отклонений деформации поршня и цилиндра от деформации, рассчитанной по формулам из решения задачи Ляме.
Глава 4. Метод уточнённого расчёта распределения давления в зазоре поршневой пары, деформации стенок зазора, деформационных поправок.
Глава 5. Оптимизация параметров исполнения поршневых пар, расчёт реализуемой деформационной составляющей НСП эталона
Заключение
Библиография
Приложение (Акт использования результатов работы)

Введение
Высокие давления применяют в таких областях науки и техники, как сверхпроводимость, синтез веществ, физика полупроводников, ядерная физика, специальные технологии, в производстве углепластиков, полиэтилена высокого давления, ВТСП-керамики [1-14]. В технологическом процессе от точности воспроизведения высокого давления зависит качество получаемого материала. Высокая точность воспроизведения высокого давления позволяет получать материалы с новыми свойствами.
Самым верхним звеном среди средств измерения и воспроизведения высокого давления является государственный первичный специальный эталон единицы давления ГЭТ 43-73 [15]. НСП эталона, созданного в 1973 году, составляет ± 0,02 %. Со временем точность рабочих средств измерения высокого давления повышалась, и современные технологии требуют, чтобы погрешность измерения давления не превышала 0,005 %, то есть в 4 раза меньше, чем у действующего государственного эталона. В настоящее время уже можно приобрести рабочие средства измерения высокого давления до
1,2 ГПа, которые имеют повторяемость показаний 0,005 % и менее (прибор ВИКА), но для реализации их метрологических возможностей необходимы эталоны соответствующей точности, то есть с НСП не более ± 0,002 % . В ведущих мировых лабораториях давление 100 МПа воспроизводится национальными эталонами с расширенной неопределенностью 0,0015 - 0,002 %., давление 500 МПа с расширенной неопределенностью 0,007 - 0,008 % (информация взята из ССМ строк на сайте BIPM). Расширенная неопределенность ГЭТ 43-73 составляет 0,03 %, причём НСП составляет 2/3 от расширенной неопределенности.
Для того чтобы градуировать рабочие средства измерений с погрешностью ± 0,005 % и достичь уровня ведущих мировых лабораторий в области

воспроизведения высоких давлений нужно уменьшить НСП ГЭТ 43-73 до ± 0,002 %.
Таким образом, видно, что для устранения существующего противоречия между требованием технологий и метрологическими возможностями рабочих средств измерений необходимо усовершенствовать государственный эталон единицы давления на область высоких давлений ГЭТ 43-73. Организационной предпосылкой является техническое задание Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на усовершенствование ГЭТ 43-73. Научно-техническими предпосылками являются - появление новых вычислительных методов, усовершенствование вычислительных машин, новых технологий, материалов высокой твердости, усовершенствование средств измерения, применяемых для метрологического исследования эталона.
ГЭТ 43-73, как и все другие государственные эталоны РФ и национальные эталоны единицы давления других стран, реализует грузопоршневой метод воспроизведения избыточного давления. Все остальные приборы, применяемые в настоящее время, поверяются и градуируются по грузопоршневым манометрам.
Обычный грузопоршневой манометр состоит из поршневой пары (поршня с цилиндром) с зазором не более нескольких микрометров и грузов для нагружения поршня:

1. Сплошная среда разделяется воображаемыми линиями или поверхностями на некоторое количество конечных элементов.
2. Предполагается, что элементы связаны между собой в узловых точках, расположенных на их границах. Основными неизвестными будут перемещения этих точек.
3. Выбирается система функций, однозначно определяющая перемещения внутри каждого конечного элемента через перемещения узловых точек.
4. Функции перемещений однозначно определяют деформации внутри элемента через узловые перемещения. Эти деформации при известных начальных деформациях и упругих свойствах элемента позволяют определить напряжения как внутри элемента, так и на его границах.
5. Определяется система сил, сосредоточенных в узлах и уравновешивающих напряжения на границе.
Такой подход является приближённым, потому что не всегда легко добиться, чтобы выбранные функции перемещений удовлетворяли требованиям непрерывности перемещений между смежными элементами. В результате на границах элементов могут нарушаться условия совместности деформаций. Сосредотачивая эквивалентные усилия в узлах, мы только в среднем удовлетворяем уравнениям равновесия. Погрешность приближённого решения определяется выбором формы элемента и функцией перемещения.
Существует большое количество готовых программ, реализующих метод конечных элементов. Для расчётов деформации стенок зазора поршневой пары использовалась программа АМБУБ. В данной задаче рассчитывались перемещения внутренней стенки цилиндра и внешней стенки поршня при действии на них давления, распределённого известным образом. Первоначально считалось, что значения напряжений в некоторых точках в пределах