Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор известных способов контроля уму углеродных волокнистых материалов 14
2 Разработка акустического метода контроля модуля упругости ВУЖиН 18
2.1 Физические основы акустического метода контроля модуля упругости 18
2.2 Синтез макроструктурной модели ВУЖиН 19
2.3 Моделирование распространения ультразвуковой волны в предложенной модели ВУЖиН 21
2.4 Разработка акустического метода контроля СРПУВ применительно к ВУЖиН 32
2.5 Применение статистических критериев с целью исключения грубых промахов при применении предложенного акустического метода 37
2.6 Некоторые аспекты реализации алгоритмов предложенного акустического метода 43
2.7 Выводы по разделу 2 48
3 Аспекты разработки устройств типа уйму, реализующих предложенный акустический метод контроля модуля упругости 50
3.1 Требования к реализации контрольно-измерительной части устройств 50
3.2 Синтез оптимальной реализации схемотехники устройств 51
3.3 Разработка специализированных ПЭП 55
3.4 Разработка кинематической схемы устройства 61
3.5 Синтез алгоритма работы устройств, реализующих предложенный метод 63
3.6 Разработка модификаций устройств, реализующих акустический метод 65
3.7 Разработка программного обеспечения устройств 69
3.8 Разработка метрологического обеспечения устройств УЙМУ 71
3.9 Выводы по разделу 3 75
4 Экспериментальные исследования некоторых типов ВУЖиН 77
4.1 Цели и задачи экспериментальных исследований 77
4.2 Исследование зависимости степени ослабления ультразвука в ВУЖиН от его частоты 79
4.3 Оценка статистического распределения образцов ВУЖиН в зависимости от дисперсии СРПУВ 82
4.4 О соотношении между УДМУ и УСМУ 86
4.5 Выводы по разделу 4 90
5 Некоторые аспекты апробации и внедрения акустического метода контроля МОДУЛЯ упругости и устройств для его реализации 91
5.1 Опытная эксплуатация устройств типа УИМУ-1БП и УИМУ-2П 91
5.2 Промышленная эксплуатация измерителей УИМУ-1БП 101
5.3 Сравнение технико-экономических характеристик акустического и механического метода контроля модуля упругости ВУЖиН 105
5.4 Выводы по разделу 5 106
Заключение 107
Приложение А - Фотографии ВУЖиН различных типов 111
Приложение Б-Фотография измерителя УЙМУ-1БП 112
Приложение В - Сертификаты об утверждении типа средств измерения УИМУ-1БП 113
Приложение Г - Результаты исследования образцов ВУЖиН акустическим методом 115
Приложение Д - Копии актов о внедрении метода и устройства 119
Список использованных источников 121
- Моделирование распространения ультразвуковой волны в предложенной модели ВУЖиН
- Разработка специализированных ПЭП
- Оценка статистического распределения образцов ВУЖиН в зависимости от дисперсии СРПУВ
- Промышленная эксплуатация измерителей УИМУ-1БП
Моделирование распространения ультразвуковой волны в предложенной модели ВУЖиН
Согласно [19] существует множество методов акустического контроля, но применительно к измерению СРПУВ в ВУЖиН целесообразно, с точки зрения возможности практической реализации, использовать временной импульсный метод прохождения АС с прямым отсчетом времени [23; 24], сочетающий простоту и высокую точность. В соответствии с этим методом фиксируется время прохождения - Т - ультразвуковой волны в образце ВУЖиН длиной L (см. рисунок 1) и значение СРПУВ рассчитывается по формуле.
Для осуществления этого метода согласно [23] в сечении 1 с помощью зондирующего импульса, прошедшего через ПЭП, формируется АС в виде ВП, состоящего из продольных ультразвуковых волн. Форма этого АС описывается некоторой функцией UBX(t). Эта функция UBX(t) представляет собой некоторую гармоническую волну с плавной огибающей известной формы, заполненную высокочастотными колебаниями, частота которых и есть частота АС во временном методе акустического контроля. Исходя из своей физической сущности, функция U (t) имеет узкий частотный спектр и конечную протяженность во времени и в пространстве.
Итак, сформированный ВП начинает движение по стержневой модели ВУЖиН вдоль оси X со средней скоростью V и через некоторый промежуток времени Т достигает сечения 2 (см. рисунок 1), где с помощью ПЭП трансформируется в электрический импульс - АС. Исходя из предложенной модели, распространение ВП происходит по филаментам ВУЖиН, то есть при возбуждении ВП в сечении 1 (см. рисунок 1) фактически происходит формирование отдельных ВП в каждом филаменте. Так как филаменты имеют диаметр от 4 до 12 мкм, что на несколько порядков меньше, чем минимально возможная длина волны (от 5 до 10 мм) ультразвуковых колебаний, то в филаментах может распространяться только одна мода продольной волны [11; 30; 36], следовательно, частотной дисперсией можно пренебречь, и в этом случае фазовая СРПУВ в каждом отдельно взятом филаменте равна групповой скорости - скорости движения ВП. Но из-за наличия пространственной дисперсии СРПУВ по филаментам относительно некоторого среднего значения V происходит изменение формы регистрируемого АС, суммарного со всех филаментов в сечении 2. Как уже отмечалось, эта пространственная дисперсия обусловлена, по всей видимости, разными условиями термомеханической обработки филаментов, составляющих ВУЖиН, в процессе получения последних. Для нахождения уравнения, решением которого будет являться функция, описывающая изменение амплитуды суммарного АС, при движении ВП по предложенной модели (см. рисунок 1), вводятся следующие обозначения: UBX(t) - функция, описывающая суммарный, для всех филаментов, АС в точке х=0 (сечение 1); UBbIX(x,t) -функция, описывающая суммарный, для всех филаментов, АС в точке х; uBX (t) - функция, описывающая ВП на единичном филаменте в точке х=0; ивых (x,t) — искомая функция, описывающая ВП на единичном; v, - СРПУВ для единичного филамента; N - общее число филаментов. Исходя из предложенных обозначений искомую функцию, описывающую регистрируемый АС в произвольной точке х, например, в сечении 2 (см. рисунок 1), можно записать как алгебраическую сумму функций формы отдельных ВП с каждого филамента.
Теперь разобьем диапазон возможных значений v на К относительно малых интервалов шириной Dv. Сгруппируем филаменты по этим К интервалам в порядке возрастания v. Количество филаментов, у которых значение v попадает в произвольный к -ый интервал, будет равно: DNA = N xg(vk )xDv\, где g(v ) представляет собой функцию плотности распределения филаментов по V , Ук - среднее значение СРПУВ этом интервале. Тогда суммарная амплитуда сигнала с группы филаментов - и\, попадающих в произвольный интервал шириной Dv\ с учетом приблизительного равенства значений v в данном интервале, будет равна произведению амплитуды сигнала с одного филамента из этого интервала, умноженной на их количество.
С помощью программного пакета MathCAD и с учетом информации, изложенной в [32; 33; 34; 35], было проведено, в два этапа, моделирование движения ВП путем вычисления выражения (9) для формы АС (численными методами).
На первом этапе оценивалась степень уменьшения амплитуды АС в зависимости от частоты гармонического колебания, заполняющего его. На втором этапе оценивалось изменение формы АС в ходе его движения в зависимости от характера и величины дисперсии СРПУВ. Степень дисперсии задавалась видом функции g(v) и изменением параметра Av, который, в данной работе, равен коэффициенту вариации СРПУВ. Для оптимизации вычисления интеграла в выражении (9) диапазон значений СРПУВ, в котором осуществляется интегрирование, был сужен с теоретически возможного (0; +оо) до фактически реализуемого (V - 0,05 х V; V + 0,05 xV).
Моделирование на втором этапе проводилось при наиболее оптимальной частоте ультразвука (частота заполнения ВП), определенной на первом этапе, и двух видах функции g(v), описывающих нормальное и равномерное распределения, при этом параметр Av изменялся от 0,25 % до 1% с шагом в 0,25%. На обоих этапах моделирования расстояние - L (см. рисунок 1), изначально задавалось относительно большим - 750 мм - с целью минимизации влияния на достоверность результата при практической реализации метода следующих факторов:
- дифракционных искажений, возникающих при практической реализации метода и связанных с конечными размерами ПЭП [24];
- неравномерности УДМУ по длине образцов из-за особенностей технологии их получения.
Результаты моделирования по первому этапу, в виде графика, приводятся на рисунке 2. Из рисунка видно, что по мере роста частоты происходит
Теоретическая зависимость амплитуды АС от частоты уменьшение амплитуды АС, причем особенно сильно на частотах более 1,5МГц. Причиной этого является не уменьшение амплитуды ВП из-за ослабления ультразвука в филаментах-стержнях (которое согласно предложенной модели отсутствует), а уменьшение амплитуды из-за суммирования в сечении 2 (см. рисунок 1) отдельных ВП, пришедших с разных филаментов и имеющих разные фазы из-за дисперсии СРПУВ по отдельным филаментам. Таким образом, даже при отсутствии ослабления в филаментах, составляющих ВУЖиН, происходит значительное ослабление ультразвука при его регистрации во всем, цельном сечении ВУЖиН из наличия пространственной дисперсии СРПУВ по его филаментам. Если в предложенной модели ВУЖиН учесть собственное затухание ультразвука в филаментах, то суммарное ослабление ультразвука в ВУЖиН и, как следствие, уменьшение амплитуды АС может носить непреодолимый характер с точки зрения возможности реализации определения УДМУ с помощью ультразвука.
Завершением первого этапа явился выбор частоты заполнения зондирующего АС, формирующего начальный ВП. С одной стороны, увеличение частоты заполнения повышает точность измерения СРПУВ за счет улучшения временного разрешения. С другой стороны, увеличение частоты приводит (см. рисунок 2) к значительному ослаблению амплитуды АС, и, как следствие, невозможности его регистрации в принципе на частотах более чем 3 МГц. В этом случае, разумным компромиссом может считаться частотный диапазон от 0,7 до 1,3 МГц, в котором достижима требуемая точность контроля при минимальном ослаблении амплитуды АС, что позволяет контролировать ВУЖиН со значительным поглощением ультразвука.
На втором этапе моделирования начальный ВП, формируемый в сечении 1, был задан зондирующим сигналом, изменяющимся по закону Ue\t) = U0e" /0 xcos(2;r xt) , который описывает затухающую по экспоненте волну с частотой заполнения 1 МГц (см. рисунок 3), когда время отсчитывается в микросекундах. Параметр t0 определяет длительность зондирующего сигнала. (Такая форма зондирующего сигнала получается при использовании генератора по схеме с ударным возбуждением, широко применяемой в приборах и установках ультразвукового контроля [23]). Эта частота (1 МГц) соответствует середине диапазона оптимальных частот (от 0,7 до 1,3 МГц) для акустического зондирования ВУЖиН, полученного на первом этапе моделирования. Средняя скорость (V) движения ВП полагалась равной 15 000 м/с, что соответствует значению УДМУ в 22500 км, которое незначительно отличатся от порогового значения (23000 км) УДМУ, разделяющего кондиционную продукцию от некондиционной.
Разработка специализированных ПЭП
Одним из наиболее важных аспектов реализации предложенного акустического метода контроля УДМУ применительно к ВУЖиН является передача/прием АС в/из объекта контроля. Сложность задачи состоит в том, что для получения достоверной информации об образце ВУЖиН в целом необходимо передать (и снять) АС как можно с большего числа его филаментов.
Из всевозможных методов возбуждения и приема АС можно выделить два наиболее распространенных способа - при помощи импульсного лазера и с помощью ПЭП.
Известный метод [26] бесконтактного возбуждения мощных АС в графито-эпоксидных композитах при помощи лазера, основанный на термоакустическом расширении вещества при воздействии на него мощного лазерного излучения, не может быть применен в силу ряда причин, наиболее значимая из которых - структурная особенность ВУЖиН. Их внешние филаменты поглотят большую часть энергии излучения лазера, в результате чего в остальных филаментах возбуждение АС не произойдет из-за отсутствия связующего вещества (в частности, эпоксидной смолы) между филаментами образца ВУЖиН. Сформированный таким образом АС имеет очень широкий частотный спектр [26; 27], что вызовет значительные искажения формы АС при его распространении по образцу ВУЖиН. Причем искажения широкополосного АС будут сильнее [34], чем узкополосного, что затруднит его регистрацию. Кроме того, применение лазера накладывает дополнительные меры по технике безопасности, что в совокупности со значительной стоимостью самого лазера приводит к удорожанию стоимости всего устройства.
Широкое распространение для приема и передачи АС получили ПЭП. Они могут применяться для передачи и приема как широкополосных, так и узкополосных АС [53; 71]. Необходимо отметить, что ПЭП значительно дешевле лазера и обладают меньшими габаритами. Поэтому применение ПЭП для возбуждения и приема АС целесообразно.
Применение ПЭП имеет некоторое ограничение. При их использовании, как правило, требуется контактный слой, улучшающий акустический контакт между ПЭП и ВУЖиН. Так, например, в [6] указывается, что в качестве контактного слоя необходимо использовать канифоль, с помощью которой образец припаивается к ПЭП. Использование контактного слоя неприемлемо в промышленных условиях из-за высокой трудоемкости его нанесения. Поэтому важной технической задачей при применении ПЭП является исключение контактного слоя, необходимого для эффективной передачи АС от ПЭП к филаментам ВУЖиН. Исключение контактного слоя позволит значительно поднять производительность контроля ВУЖиН, так как не будет тратиться время на его (слоя) нанесение и удаление.
На рисунке 13 приводится традиционная конструкция ПЭП [53], где указано стрелкой место нанесения контактного слоя.
Для исключения необходимости в контактном слое достаточно часто используют полуволновый концентратор [22; 71], устанавливаемый поверх защитной пластины. Концентратор фокусирует энергию АС на площади небольшого размера именно в том месте, где происходит соприкосновение с образцом ВУЖиН. Схематичное изображение ПЭП с установленным концентратором приводится на рисунке 14.
Концентратор представляет собой тело вращения, диаметр которого (в горизонтальной плоскости) уменьшается по экспоненциальному закону, а длина, как правило, равна половине длины волны. Такой тип концентратора ПЭП был предложен для работы с волокнистыми материалами в работе [72]. Однако этот тип имеет существенные недостатки: сложность изготовления экспоненциального профиля, отсутствие механизмов, фиксирующих образец ВУЖиН, неоптимальный подбор материалов. Так, в этой работе в качестве материалов концентратора предлагается использовать сталь, латунь, бронзу — материалы с плотностью, существенно отличающейся (в несколько раз) от плотности ВУЖиН. Все выше изложенное не позволит применить такой тип концентратора для эффективной передачи АС в ВУЖиН и обратно. Автором были изготовлены концентраторы и ПЭП по расчетам, приведенным в [72]. Апробирование в паре этих концентраторов и ПЭП показало их низкую эффективность для передачи и приема АС в ВУЖиН. В частности, концентраторы имели низкий коэффициент передачи - до такой степени, что невозможно было зафиксировать АС более чем для 25 % образцов ВУЖиН из общего числа в 60 штук.
Автором был значительно доработан предложенный в [72] вариант полуволнового концентратора. Внешний вид доработанного концентратора приводится на рисунке 15. Как видно из рисунка, доработанный концентратор имеет более простую геометрию, что упрощает (удешевляет) его изготовление. В качестве материала был выбран алюминиевый сплав 1960, сочетающий в себе высокую механическую прочность, простоту обработки и плотность, соизмеримую с плотностью ВУЖиН. Особенностью концентратора, предложенного автором, является проточка желобообразного профиля, предназначенная для однозначной фиксации образцов ВУЖиН относительно его (концентратора) вершины. Причем для улучшения контакта поверхность этой проточки шлифуется до уровня шероховатости VRal,6. Конкретные размеры и методика расчета предложенных автором концентраторов не приводятся, так как являются частью интеллектуальной собственности ООО «ННКЦ».
Предложенный автором концентратор использовался в паре с серийно выпускаемым преобразователем типа Ш11-2,5-12-К-002 фирмы «Интроскоп» г. Кишинев, Молдова. В такой связке удалось добиться возбуждения и регистрации АС более чем у 98 % образцов ВУЖиН, общим числом более ста штук, в то время как без концентратора регистрация АС не могла быть осуществлена ни у одного образца ВУЖиН марки ВМН-4МТ и аналогичных по характеристикам марок.
Таким образом, результатом работы, описанной в данном подразделе, явилась разработка специализированного ПЭП, состоящего из серийно выпускаемого преобразователя типа Ш11-2,5-12-К002 с добавленным к нему концентратором, предложенным автором. Такой специализированный ПЭП позволяет эффективно передавать (и принимать обратно) АС в волокнистые материалы, такие как ВУЖиН, без использования контактного слоя.
Оценка статистического распределения образцов ВУЖиН в зависимости от дисперсии СРПУВ
Оценка статистического распределения образцов ВУЖиН в зависимости от дисперсии СРПУВ проводилась с целью подтверждения правомерности использования предложенного в пункте 2.4.1 алгоритма фиксации АС, обеспечивающего конечную погрешность определения УДМУ на уровне 1,6 % и менее (см. таблицу 2 пункта 3.8.3) только при величине параметра Av (характеризующего величину дисперсии СРПУВ см. пункт 2.4.1) менее 0,75 %.
Как ранее отмечалось, определить дисперсию СРПУВ в образце ВУЖиН технически сложно напрямую - разделив последний на филаменты и исследовав их по отдельности на предмет величины СРПУВ. Поэтому оценка величины Av, как меры дисперсии СРПУВ, проводилась с помощью специально разработанной методики, основанной на инверсной фильтрации [38] АС. Суть методики в том, что импульсную характеристику некоторой физической среды во временной области можно вычислить, зная входное воздействие на эту среду и ее отклик на это воздействие [44]. Согласно предложенной модели ВУЖиН, ее импульсная характеристика определяется величиной пространственной дисперсии СРПУВ в ней же.
Применительно к данной экспериментальной задаче и с учетом реализации акустического метода средством воздействия на среду (образец ВУЖиН) является зондирующий импульс, формирующий продольную ультразвуковую волну в виде ВП, а откликом среды служит АС, наведенный ВП, прошедшим через образец ВУЖиН. После нахождения импульсной характеристики, представляющей собой пик, смещенный на величину времени распространения ВП по образцу, можно оценить величину Av по формуле (21), полученной из формулы (10) путем полиномиального разложения ее правой части и ограничения этого разложения только линейным членом: tu Av« — х100%, (21) где Т- время распространения ВП по образцу ВУЖиН; tu - ширина пика импульсной характеристики.
Подытоживая вышесказанное, можно сказать, что зафиксированные в эксперименте акустические сигналы несут информацию о степени дисперсии СРПУВ по отдельным филаментам в образце ВУЖиН, которую можно восстановить, используя инверсную фильтрацию.
Для реализации методики оценки Av у образцов ВУЖиН использовался измеритель УИМУ-1БП, ПО которого позволяет сохранять АС, полученные при прохождении ультразвука через образцы ВУЖиН, в виде файлов, содержащих дискретные отсчеты амплитуды с определенным временным шагом. С целью повышения отношения амплитуды АС к шуму, необходимого при инверсной фильтрации [38], количество циклов накопления в алгоритме работы измерителя (см. пункт 2.4.2) было увеличено до 10000. После сбора АС проводилась их инверсная фильтрация при помощи программного пакета MathCAD с целью определения импульсных характеристик образцов ВУЖиН во временной области, с последующим определением Av по формуле (21). Для повышения достоверности результатов методика инверсной фильтрации подверглась модификации. Модификация заключается в том, что в качестве опорного сигнала, по которому рассчитываются коэффициенты инверсного фильтра, надо использовать не начальный зондирующий импульс, а АС, полученный при прохождении ультразвука по бездисперсионному (касательно СРПУВ) образцу, имеющему импульсную характеристику в виде дельта-функции. Такая модификация необходима, так как ПЭП, предназначенные для передачи/приема ультразвука в/из образца ВУЖиН, имеют достаточно сложную импульсную характеристику, которая является дополнительным источником искажения АС [53]. Таким образом, без использования предложенной модификации, в результате было бы получено значение Av, характеризующее суммарную дисперсию СРПУВ - в образце ВУЖиН и двух ПЭП (приемном и излучающем). В качестве бездисперсионного образца для получения опорного сигнала, имитирующего воздействие на систему, использовалась вольфрамовая проволока диаметром 200 мкм с содержанием вольфрама не менее 99,9 %. Согласно предложенной модели (см. подраздел 2.2), эта проволока представляет собой вырожденную модель ВУЖиН, состоящую из единственного филамента-стержня.
В ходе эксперимента с применением вышеизложенной методики и устройства УИМУ-1БП была оценена величина Av для образцов ВУЖиН марки ВМН-4МТ общим числом 126 штук. У всех образцов визуально отсутствовали такие внешние дефекты как обрывы волокон, узлы, шишки, ворсистость и.т.д. Типичный вид импульсной характеристики образца ВУЖиН, восстановленный с помощью модифицированного метода инверсной фильтрации, показан на рисунке 21. На нем виден пик АС длительностью At, которая обуславливается величиной дисперсии СРПУВ. При этом отношение сигнал/шум в исходной выборке, содержащей АС, составляет 35 и в случае его уменьшения выделить с помощью инверсной фильтрации пик, отражающий импульсную характеристику образца ВУЖиН, невозможно [37; 38].
Первичные результаты исследования приведены в таблице В.1 приложения Г. Итоговая статистика, показывающая количество образцов по диапазонам Av и соответствующая этим диапазонам теоретическая оценка погрешности определения УДМУ - ScyM (см. таблицу 2 пункта 3.8.3), приводится в таблице 3. Анализируя результаты, полученные по исследуемой группе образцов ВУЖиН типа ВМН-4МТ, можно сделать следующие выводы:
- для 97,6 % образцов значение Av составляет менее 0,75% и погрешность определения УДМУ будет менее 1,6 %;
- для 0,8 % образцов значение Av находится в диапазоне 0,75 до 1,0% и погрешность определения УДМУ менее 2,0 %;
- 1,6 % от общего числа образцов имеют столь значительное затухание ультразвука (обусловленное, по всей видимости, значительной дисперсией СРПУВ), что не удалось зафиксировать АС и, следовательно, невозможно измерить УДМУ (ограничение акустического метода контроля). Учитывая значительное количество исследованных образцов (126 штук), полученные результаты можно с высокой степенью достоверности распространить на все ВУЖиН типа ВМН-4МТ.
ВУЖиН других марок должны иметь не худшие результаты, так как по предварительным исследованиям имеют более низкую степень ослабления ультразвука и меньшую величину Av. Полномасштабные исследование по этим типам ВУЖиН не проводились ввиду отсутствия достаточного их количества.
Промышленная эксплуатация измерителей УИМУ-1БП
В данном разделе анализируются наиболее значимые аспекты промышленной эксплуатации измерителей УИМУ-1БП. Анализ производился по 12 измерителям, которые эксплуатируются на предприятиях: ООО «ЗУКМ»4, ОАО «КМЗ»5, ОАО «ВПО «Точмаш» и ОАО «УЭХК» в период с октября 2005 года по октябрь 2006 года.
Целями промышленной эксплуатации измерителей УИМУ-1БП, помимо их основного назначения - контроля УДМУ при приемосдаточных испытаниях ВУЖиН, являлись: оценка надежности, производительности, эргономики и стабильности метрологических характеристик. Оценка этих характеристик должна была выявить пути совершенствования измерителей с целью повышения их надежности, производительности контроля, снижения эксплуатационных издержек и.т.д.
Мероприятия по устранению отмеченных недостатков
В период промышленной эксплуатации измерителей существенных недостатков в их конструкции и эргономике, препятствующих использованию этих приборов для приемо-сдаточных испытаний ВУЖиН в промышленных объемах, отмечено не было. Тем не менее, была отмечена недостаточная
Производство углеродных жгутов входило в состав ОАО «ЧЭЗ». Было реорганизовано в ООО «ЗУКМ»
Производство, использующее углеродные жгуты и волокна, входило в ОАО «ЗиД». Переведено в состав ОАО «КМЗ» проработанность конструкции зажимных механизмов, не позволяющих производить оперативное закрепление образца ВУЖиН и требующих значительных физических усилий для этого, что в целом снижало производительность контроля УДМУ. (Надо отметить, что изначально зажимные механизмы, как и сами измерители, рассчитывались, исходя из условия контроля 5%-10% от общего объема производимых ВУЖиН). После анализа ситуации была предложена новая конструкция зажимных механизмов, свободная от вышеперечисленных недостатков. Эти зажимные механизмы, установленные на трех измерителях УИМУ-1БП, находящихся на ОАО «ЧЭЗ», показали себя с наилучшей стороны: уменьшилось ( в 2 раза) время закрепления образца ВУЖиН и снизилось необходимое физическое усилие закрепления. Впоследствии эти новые зажимные механизмы были установлены на все измерители.
В целом надежность измерителей в ходе промышленной эксплуатации можно оценить как удовлетворительную. Однако имели место их выходы из строя (поломки). Причинами поломок измерителей явились отказы блоков питания ВЭВМ - 4 раза, ПЭП - 3 штуки. При анализе отказов блоков питания было отмечено, что на ОАО «УЭХК», где используются три таких измерителя, подобных отказов не было. После ремонта отказавших блоков питания специалистами отдела информационных технологий ОАО «УЭХК» было высказано мнение, что наиболее вероятная причина их поломки - импульсные выбросы питающего напряжения сверх норм, установленных ГОСТ 13109. Для устранения в будущем подобных отказов на предприятия, где эксплуатируются измерители УИМУ-1БП, направлены рекомендации производить питание измерителей через стабилизаторы напряжения.
Причинами отказа ПЭП явилось нарушение склейки (как правило, после 4-6 месяцев эксплуатации) в паре ПЭП-концентратор, в результате чего пропадал акустический контакт между ними. Наиболее вероятная причина данного явления - неоптимальный выбор клеевой композиции на основе циакрина и чрезмерное механическое воздействие на концентраторы ПЭП при уборке рабочего места (например, удары щеткой-сметкой). Для устранения отказов по данной причине прорабатывался вопрос о применении клеевой композиции на основе эпоксидных смол для приклейки концентратора к ПЭП. После серии экспериментов была подобрана эпоксидная композиция, позволяющая получить оптимальное соединение в паре концентратор-ПЭП с точки зрения получения его прочности и надежности акустического контакта.
Оценка стабильности метрологических характеристик проводилась по числу превышений величины погрешности измерения допустимого значения в интервале между регламентными обслуживаниями. Таких превышений, за исключением случаев, вызванных отказом ПЭП (см. подраздел 5.2.4), было выявлено два - только у измерителей №001 и №002, эксплуатирующихся на предприятии ООО «ЗУКМ» (ранее ОАО «ЧЭЗ»). Отклонения были в сторону уменьшения (занижения) значения УДМУ. Причем в обоих случаях превышение погрешности измерения было вызвано увеличением систематической составляющей погрешности. Возможной причиной данного явления явилось превышение объема контроля ВУЖиН на данных измерителях. Производительность контроля для измерителя УИМУ-1БП, установленая в эксплуатационных документах [70], составляет 500 образцов в сутки. Однако зафиксированный объем контроля на этих измерителях в период с 06.2006 по 09.2006 составлял более 800 образцов в день на каждый измеритель, а на измерителе №014 менее 100. Для подобных ситуаций в протокол технического совещания №6504/31 от 10.08.06 внесена рекомендация сбалансировать объемы контроля по всем измерителям.
Оценка сопоставимости результатов измерения УДМУ проводилась путем сравнения результатов, полученных на разных предприятиях при помощи разных экземпляров измерителя типа УИМУ-1БП. В качестве результатов измерения УДМУ, заимствованных из протоколов входного и выходного контроля ВУЖиН, фиксировалось не отдельное значение УДМУ для каждого образца, а среднее значение УДМУ по партии образцов ВУЖиН. Это было сделано с целью минимизировать влияние флуктуации значения УДМУ по длине образца, так как на предприятиях измеряются разные его участки. Результаты средних значений УДМУ для одних и тех же партий ВУЖиН, полученные на ООО «ЗУКМ» и ОАО «КМЗ», приводятся в таблице 8. В той же таблице приводится абсолютное и относительное значение разности средних значений по партиям между вышеуказанными предприятиями. Анализ данных по таблице 8 позволяет говорить об удовлетворительной сопоставимости результатов измерения УДМУ между 000 «ЗУКМ» и ОАО «КМЗ».
