Virhetyypit

virne L Г

Systemaattinen

П Satunnainen

Virhe L Staattinen

П Dynaaminen

1

1 --- 1

Ampi itudivirne Ajastus- eli vaihevirne

Virhe

1--- 1--- ¹

Subj ektiî vinen ObJektirvi nen

Lukemavirhe Hairiovirhe MenetelmavIrhe Laitteen virhe

Para I laksivirhe Arv io intivirhe

Kaavio 3. Virhetyypit /21/.

Virheet voidaan jakaa systemaattisiin ja satunnaisiin. Syste­

maattinen virhe voi olla tunnettu tai tuntematon. Se aiheutuu yleensä mittalaitteesta ja sen ominaisuuksista. Satunnaisvirhe on mittalaitteen epätarkkuudesta johtuva, eikä sitä voida määrittää etukäteen ja korjata tuloksiin.

Mittaustarkkuudella tarkoitetaan yleensä sitä, kuinka paljon mitattu arvo poikkeaa suureen todellisesta arvosta. Tarkemmin eriteltynä voidaan puhua staattisesta ja dynaamisesta tarkkuu­

desta. Staattinen tarkkuus voidaan jakaa neljään eri osateki­

jään: herkkyys, toistuvuus, hystereesi ja lineaarisuus. Dynaa­

minen tarkkuus ilmoittaa kuinka tarkkaan anturin vaste seuraa mittaussuuretta tämän muuttuessa.

Mittalaitteen aiheuttama staattinen virhe on jaettavissa ominaiskäyrän kuvaamaan virheeseen, ympäristöolosuhteista aiheutuneeseen virheeseen, sekä vanhenemisen aiheuttamaan virheeseen. Ominaiskäyrällä kuvataan epälineaarisuutta, hyste­

reesiä, muutoskynnystä, toistuvuutta, nollavirhettä ja epästa­

biilisuutta.

Mittauksen virityksessä on huomioitava tuloksen absoluuttinen oikeellisuus, pysyvyys, herkkyys ja erottelukyky. Oikeellisuus tarkoittaa laitteen kykyä ilmoittaa suureen todellinen arvo mahdollisimman tarkasti. Toistuvuus saadaan tutkittua mittaus­

tulosten hajonnasta. Herkkyys puolestaan on mittalaitteen näytön muutoksen suhde lähtösuureen muutokseen. Erotuskyky määritellään sen mukaan, kuinka suuri lähtösuureen suuruinen positiivinen muutos sysäyksettömästi kuormitettaessa ilmenee näytössä.

Mittalaitteen edellä luetellut ominaisuudet riippuvat sen sisäisestä rakenteesta, perustekniikasta ja toteutustarkkuu- desta. Puhtaasti mittausteknisten ominaisuuksien lisäksi tulee rakenteissa huomioida laitteen käyttötarkoitus ja käyttötapa, sekä laitteeseen vaikuttavat ulkoiset tekijät.

Mittauksen luotettavuuden kannalta on myös tärkeää, että tulos on luonteeltaan pysyvä. Anturin signaalin täytyy olla stabiili nollakuormalla olosuhteiden vaihdellessa. Myös kuorman paino- pienet muutokset tulee huomioida mit tause limen suun—

nittelussa ja mittaustuloksen luotettavuus ei saa riippua voiman suuruudesta /21/.

7.3 Fysikaaliset tekijät

Kireysmittauksessa anturin ja elektroniikan virheet tunnetaan yleensä ennakolta suhteellisen tarkasti, joten anturin asennus muodostuu tärkeimmäksi toimenpiteeksi koko mittaussysteemin kannalta. Hyvän tarkkuuden aikaansaaminen edellyttäisi, että antureita kuormitettaisiin vain niiden pääsuuntaan. Näitä vastaan kohtisuorat voimat tulisi eliminoida vain pääsuuntaan myötäävillä, muuten jäykillä tukirakenteilla. Käytännössä tämä on yleensä mahdotonta tilan ja mekaanisten asennusmahdolli­

suuksien rajoitusten suhteen. Joissakin tapauksissa mekaanis­

ten rakenteiden taipuminen saattaa aiheuttaa kulmavirhettä anturin ja akselin välille (kuva 23). Telan laakeroinnista aiheutuva kitka on myös eräs niistä tekijöistä, jotka aiheut­

tavat dynaamista virhettä mittaustapahtumaan.

////// /////////////////////

Kuva 23. Anturin ja akselin kulmavirhe

Telojen lämmetessä ajon aikana niiden pituus muuttuu. Telan pituuden muutos on karkeasti 1 mm jokaista telametriä kohden lämpötilan muuttuessa 100°C /16/. Lämpötilan muutoksen ollessa +80°C voi 9 m leveä tela laajentua jopa 7 mm. Jos molemmat päät on laakeroitu kiinteästi, vaikuttaa antureihin lämpölaa­

jenemisesta aiheutuva ulospäin suuntautuva aksiaalivoima.

Vaikka suurin osa antureista pitäisi valmistajien mukaan olla tunteettomia näille voimille, aiheuttavat ne mittaussignaaliin vääristymän ja ennenkaikkea heikentävät anturin herkkyyttä reagoida pieniin muutoksiin. Koneen lämmetessä

lämpölaajenemi-nen näkyy mittaustuloksen hyppimisenä ja nollapisteen ryömin- tänä.

Sivukuormaherkkyyden tunteminen on tärkeää, jotta ymmärrettäi­

siin häiritsevien voimien vaikutus mittaustulokseen. Sivut- taisvoimia voivat aiheuttaa osien laajenemiset ja supistumi­

set, kitkavoimat, väärän asennuksen aiheuttamat jännitykset, anturin tai mittauselementtien luonnollinen taipuma, sekä mittauselementtien huolimaton kohdistus suhteessa taaraan.

Yleisimmät syyt momenttivirheisiin ovat asennus väärään tasoon ja liikkuvien osien väliset kitkat /10/.

Laajenemisesta aiheutuva virhe on vaikea määritellä. Se on yhdistelmä anturin taipumisherkkyydestä, liikkuvien osien välisistä kitkoista, sekä vaikutus- ja mittauspisteen välises­

tä etäisyydestä. Koska suurin osa mittalaitteista kalibroidaan staattisissa olosuhteissa, laajenemisesta epätietoiset käyttä­

jät yleensä olettavat virheen olevan kalibroitavissa pois.

Sitä ei kuitenkaan ole mahdollista kompensoida, vaan se näkyy muuttuvana virheenä läpi koko mittaussysteemin /10/. Häiriön suuruus lopullisessa tuloksessa määräytyy laitteen ominaisuuk­

sien perusteella.

Lämpötilagradientti on yleinen virhelähde teollisissa voimien mittauksessa. Ongelmia esiintyy kappaleen toisen puoliskon lämmetessä toista enemmän, jolloin lämpölaajenemisesta johtuen tapahtuu epätasaisia muodonmuutoksia. Antureiden lämpötilakom- pensointi koskee vain tasaisesti ja hitaasti tapahtuvia muu­

toksia /10/.

Jos mittaustelassa ei ole sitä pyörittävää käyttöä, eivät tulevan ja lähtevän paperiradan kireydet ole samat. Telan pyörittämiseen tarvittava energia saadaan paperiradan välityk­

sellä seuraavasta käyttöryhmästä ja kireys tällä puolella on tulopuolta suurempi. Jos käyttöön kytkettyä mittaustelaa pyöritetään väärällä nopeudella suhteessa rataan, muuttuu radan kireys tulo- ja lähtöpuolella samassa suhteessa kuin nopeusero. Telan pyöriessä liian hitaasti kireys lähtöpuolella on suurempi kuin tulopuolella ja päinvastoin. Syynä tähän on telan ja paperin välinen kitka, joka pyrkii estämään paperin liukumisen pitkin telan pintaa.

Erittäin tarkkoihin mittauksiin pyrittäessä tulee rataan kohdistuvia voimia laskiessa huomioida myös paperin ominais­

paino (F) ja radan riippumisesta (h) aiheutuvat tulo- ja lähtökulmien muutokset (kuva 24). Suurilla nopeuksilla edellä mainittujen tekijöiden vaikutus pienenee ja keskipakovoiman merkitys kasvaa. Kineettisen energian lisääntyessä telaan vaikuttava voima pienenee paperirataa keventävän keskipakovoi­

man vaikutuksesta ja mittaustulos voi vääristyä hyvinkin paljon. Virheen suuruus riippuu paperin massasta, ajonopeudes­

ta ja telan säteestä /8/.

Kuva 24. Paperiradan painosta ja riippumasta aiheutuva mittauskulmien muuttuminen

Paperiradan kulkiessa telan yli niiden keskinäisestä vuorovai­

kutuksesta aiheutuu virhettä mittaukseen (kuva 25). Radan mukana kulkeva ilma muodostaa paperin ja telan väliin ilmatas- kun, joka pidentää paperin kulkemaa matkaa ja suurentaa kaare- vuussädettä r. Seurauksena on tulokulman ja siten myös lasken­

nallisten arvojen muuttuminen. Lähtöpuolella paperirata tart­

tuu adheesiovoimien ja sähköstaattisen varautumisen johdosta telan pintaan aiheuttaen paperiradan laskettua myöhäisemmän irtoamisen /8/.

Osa paperiradassa tapahtuvasta värähtelystä aiheutuu telasta irtoavan paperirainan kulman muuttumisesta (kuva 6, s.19).

Epätasainen irtoaminen aiheuttaa pituusvaihtelua radan kulke­

maan matkaan ja siten myös kireystason heiluntaa. Stabiili- suuskriteerit määrittelevät sallittavan värähtelyn enimmäis­

määrän ja asettavat myös rajat värähtelyä aiheuttavien häiri­

öiden kestolle ja pituudelle. Näihin rajoihin mahtuvat häiriöt vaimenevat vielä itsestään /28/.

Kuva 25. Paperiradan tarrautuminen telan pintaan ja ilma- taskun syntyminen /8/.

Usein paperiradassa on havaittavissa värähtelyjä, joiden alkuperä on vaikea selvittää. Yleensä ne johtuvat nopeudesta, kireydestä, ajosuunnasta sekä paperin rakenteesta ja sen ominaisuuksista /8/. Värähtelystä seuraava kireystason heilu­

minen näkyy paperissa epätasaisena laatuna. Yleensä tämän tapainen värähtely on epätoivottua, mutta kuitenkin se jäte­

tään huomioimatta mittaustulosta arvioitaessa.

Mittausmenetelmästä johtuvien virheiden määrä on aina tapaus­

kohtainen. Huolimattomasti asennetut telat voivat olla vinossa toisiinsa nähden, jolloin yhdensuuntaisuusvirheestä aiheutuu paperin kulkurataan pituusero reunojen välille. Tällöin ki­

reydet radan reunoilla ovat erisuuret. Mikäli käytössä on vain toiselta reunalta anturoitu mittaus, aiheutuu mittaukseen momentin suuruudesta riippuva virhe. Muutenkin vain toiselta reunalta mittaava järjestelmä on kovin epävarma. Pienetkin profiilivirheet ja radan sivuttaisliikkeet muuttavat tulosta ja aiheuttavat jännitystasoon aiheetonta huojuntaa. Yksittäi­

sen telan taipuminen on yleensä vähäistä ja se on huomioitu paperikoneen ja telojen suunnittelussa. Useamman telan tai­

puessa peräkkäin virhe kuitenkin summautuu ja kireysprofiilin

®rot voivat radan keskellä ja reunoilla kasvaa liian suureksi.

Telan suuri massa johtuu lähinnä juuri sen jäykkyydelle asete­

tuista vaatimuksista. Leveä rata vaatii pitemmät telat ja siten myös tukevamman rakenteen /8/.

Koneen nopeutta muutettaessa ylösajon ja pysäytyksen aikana mittauksiin voi syntyä telojen kulmanopeuksista aiheutuva

virhe. Suurilla nopeuksilla läpimitaltaan pienetkin telat vaativat suuren voiman pyörimisnopeuksien muutoksiin ja hi­

tausvoimista johtuen muutokset voivat olla epätasaisia suh­

teessa toisiin teloihin. Koska ja minkälaisissa olosuhteissa nämä virhelähteet täytyy huomioida tai voidaan jättää huomioi­

matta, täytyy käsitellä tapauskohtaisesti /8/.

In document Development of Web Tension Measurements on Paper Machine for Roll Control (sivua 72-78)