多分量力傳感器校準規(guī)范

1多分量力傳感器校準規(guī)范本規(guī)范適用于壓電式及應(yīng)變式多分量力傳感器的靜態(tài)校準。2引用文件本規(guī)范引用下列技術(shù)文件：JJG391—2009力傳感器JJG632—1989動態(tài)力傳感器JJF1011—2006力值與硬度計量術(shù)語及定義JJF(軍工)20—2012多分量測力儀校準規(guī)范凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計量單位3.1單分量校準calibrationofacomponent對多分量力傳感器的某一個分量單獨進行校準的過程。3.2多分量校準calibrationofmulti-component對多分量力傳感器的兩個或兩個以上分量同時施加載荷進行校準的過程。3.3耦合誤差couplingerror某分量負荷作用到傳感器上時，引起的其他分量負荷輸出的變化與其他分量額定負荷作用下輸出的比值。多分量力傳感器指能同時對力矢量的六個廣義力分量中至少兩個分量進行測量的力5計量特性多分量力傳感器計量特性見表1。1零點輸出2回零差3額定輸出2表1(續(xù))456滯后7直線度86.1環(huán)境條件環(huán)境溫度：15℃~25℃相對濕度：≤80%其他條件：校準時不得有影響校準結(jié)果的干擾源。6.2校準用儀器設(shè)備校準所用設(shè)備應(yīng)經(jīng)過計量技術(shù)機構(gòu)檢定(或校準),滿足校準使用要求，并在有效期內(nèi)，量程范圍應(yīng)覆蓋被校準多分量力傳感器測量范圍。6.2.1多分量力傳感器校準裝置其各分量復(fù)現(xiàn)量值的測量不確定度小于被校準多分量力傳感器相應(yīng)分量測量不確定度的1/3。6.2.2力標準機其力值不確定度小于被校多分量力傳感器相應(yīng)量值測量不確定度的1/3。6.2.3扭矩標準裝置其力矩不確定度小于被校多分量力傳感器相應(yīng)量值測量不確定度的1/3。6.2.4激勵電源多分量力傳感器校準中使用的激勵電源輸出電壓的4h穩(wěn)定性，應(yīng)不超過多分量力傳感器相應(yīng)準確度指標的1/5。6.2.5指示儀表多分量力傳感器校準中使用的指示儀表(包括可向多分量力傳感器提供激勵電壓的指示儀表)的相關(guān)準確度指標，原則上應(yīng)不超過被校多分量力傳感器相應(yīng)準確度指標的相關(guān)技術(shù)指標的最大允許誤差，應(yīng)不超過被校多分量力傳感器相應(yīng)準確度指標的6.2.7數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有多路通道同步采樣功能，其通道數(shù)應(yīng)不小于多分量力傳感器和校準裝置數(shù)據(jù)輸出通道數(shù)之和。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率應(yīng)不小于多分量力傳感器使用3時輸出信號頻率的20倍。6.2.8專用夾具專用夾具各個加荷位置與多分量力傳感器本身受力點之間的有效長度的相對測量不確定度應(yīng)小于0.05%(k=2)。7校準項目和校準方法7.1.1確定校準項目校準項目可根據(jù)被校多分量力傳感器的預(yù)期用途選擇使用，對校準規(guī)范的偏離，應(yīng)在校準證書中注明。7.1.2放置時間傳感器應(yīng)在規(guī)定環(huán)境條件下放置足夠長的時間，推薦放置時間不少于8h。7.1.3安裝及加荷條件按照說明書的要求，將專門的夾具與多分量力傳感器正確安裝。加荷時應(yīng)保證多分量力傳感器各受力軸線和加荷軸線相重合，使傾斜負荷和偏心負荷的影響減到最小。7.1.4連接及預(yù)熱校準前必須按照正確的接線方法將多分量力傳感器與其相連的指示儀器，激勵電源等進行連接，調(diào)節(jié)激勵電源，將其輸出電壓調(diào)節(jié)到多分量力傳感器規(guī)定的激勵電壓，并通電預(yù)熱。預(yù)熱時間應(yīng)符合說明書的要求。7.1.5預(yù)負荷根據(jù)多分量力傳感器說明書等資料確認校準分量和各分量的測量范圍。在每一個分量進行校準之前均應(yīng)施加預(yù)負荷，保持時間一般為30s。7.1.6校準范圍和校準點的選擇各分量的校準范圍一般為零負荷至額定負荷，或根據(jù)用戶需要確定，各分量的校準100%,或根據(jù)用戶需要確定。7.2零點輸出7.2.1按照7.1.5的規(guī)定進行預(yù)負荷，讀取最后一次預(yù)負荷卸荷后的零負荷輸出值。7.2.2各分量的零點輸出按公式(1)進行計算。Z;——第i個分量的零點輸出，%FS;i——分量序號；4θz;施加第i個分量最后一次預(yù)負荷后的相應(yīng)分量零負荷下的讀數(shù)，mV,V;θn;第i個分量單獨校準時額定負荷下輸出的平均值，mV,V。7.3.1按照7.1.5的規(guī)定進行預(yù)負荷，讀取最后一次預(yù)負荷前后指示器的零負荷輸7.3.2各分量的回零差按公式(2)進行計算。Zn——第i個分量的回零差，%FS;θz——施加第i個分量最后一次預(yù)負荷前的相應(yīng)分量零負荷下的讀數(shù)，mV,V。7.4額定輸出7.4.1根據(jù)需要確定被校分量，調(diào)整指示器參數(shù)，讀取零負荷輸出。7.4.2連續(xù)施加三次預(yù)負荷，每次卸載后，檢查指示器回零，重新調(diào)整和記錄零負荷7.4.3按負荷遞增順序?qū)Ω餍庶c逐點施加載荷，直到額定載荷。校準時在每一級載荷達到后，保持一定時間，保持時間一般取30s。7.4.4達到額定負荷后，按負荷遞減順序卸載，直到零負荷。校準時在每一級載荷達到后，保持一定時間，保持時間一般取30s。退回到零負荷后，保持30s,讀數(shù)并調(diào)整指示器零點。7.4.5重復(fù)進行7.4.3～7.4.4三次。7.4.6確定下一被校準分量，按7.4.2～7.4.5進行校準，直到所有分量校準完畢。7.4.7各分量的額定輸出按公式(3)進行計算。 θzi第i個分量校準時，零負荷下讀數(shù)的平均值，mV,V。7.5輸出靈敏度7.5.1與7.4的校準同步進行。7.5.2對于應(yīng)變式力傳感器，各分量在額定負荷下的輸出靈敏度按公式(4)進行S第i個分量校準時額定負荷下的靈敏度，mV/V;V;——第i個分量校準試驗開始時測得的激勵電壓，V。7.5.3對于壓電式力傳感器，各分量在額定負荷下的輸出靈敏度按公式(5)進行5Sg——第i個分量校準時額定負荷下的電荷靈敏度，pC/NVi——第i個分量校準時額定負荷下的輸出讀數(shù)，V;G;——第i個分量校準時電荷放大器設(shè)定的衰減擋讀數(shù)，N/V或Nm/V;D:—第i個分量校準時電荷放大器設(shè)定的歸一化讀數(shù)，pC/N;Fni——第i個分量的額定負荷，N或Nm。7.6.1與7.4的校準同步進行。7.6.2各分量的重復(fù)性按公式(6)進行計算。R:——第i個分量的重復(fù)性，%FS;△θR——第i個分量在進程重復(fù)校準時各負荷點輸出的極差值，mV,V。7.7.1與7.4的校準同步進行。7.7.2各分量的滯后按公式(7)進行計算。H:——第i個分量的滯后，%FS;△θhi——第i個分量的回程校準曲線與進程校準曲線偏差的最大值，mV,V。7.8直線度7.8.1與7.4的校準同步進行。7.8.2各分量的直線度按公式(8)進行計算。L;——第i個分量的直線度，%FS;△OL?——第i個分量的進程平均校準曲線7.9耦合誤差7.9.1確定組合方案7.9.1.1多分量力傳感器的分量組合見表2。6FFF十十十十十十 十十十十F十十十十十十十十一十十十十十十 十十十十十十 1上表中“十”表示可實現(xiàn)組合，“一”表示不可實現(xiàn)組合；2主分量是指在校準過程中任意選定一個分量，根據(jù)一定原則(影響)選定另一個或幾個分量作為影響量同時加載，用來校準影響量對選定的主分量的影響。7.9.1.2按照用戶要求，選擇要校準的分量并選擇全部或部分組合試驗。7.9.1.3選擇主分量和影響分量的零負荷點作為第一個校準點，也可根據(jù)需要施加一定的預(yù)負荷后，將指示器清零，作為零負荷校準點。7.9.1.4對每一種組合情況可根據(jù)需要在主分量的量程范圍內(nèi)選擇負荷點，在其影響分量測量范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要選擇負荷點進行組合試驗。7.9.1.5進行兩分量組合校準時，在主分量加荷條件下，其余各分量依次進行單獨加荷，分別校準這些分量對主分量的耦合誤差。7.9.2校準程序7.9.2.1在多分量力傳感器上同時施加選定的各分量負荷的最大值，再卸回零負荷，施加預(yù)負荷過程3次。7.9.2.2記錄零負荷狀態(tài)下各分量示值。7.9.2.3按照選定的校準方案，先施加某主分量，在第一級負荷(包括零負荷點)加到后，讀取各分量輸出值。7.9.2.4逐步施加各影響分量的各個負荷(包括零負荷點),分別讀取各負荷加載后多分量力傳感器各分量的輸出值，直到最大負荷后卸除影響分量，讀取各分量的輸出值。7.9.2.5施加主分量的下級負荷，讀取各分量輸出值，再按7.9.2.4進行各影響分量7.9.2.6順序施加主分量選定的其他負荷點，按7.9.2.5的規(guī)定，進行主分量其他負荷點的組合試驗，直到選定的主分量各負荷點組合試驗全部完成，將所有分量的負荷都卸到零負荷，讀取各分量的輸出。7.9.2.7按7.9.2.2～7.9.2.6進行其他選定的主分量組合試驗。7.9.3計算校準結(jié)果7各分量的耦合誤差按公式(9)進行計算。時施加影響分量j的各個負荷后主分量i對應(yīng)負荷點輸出進程平均示值之8校準結(jié)果表達校準結(jié)果應(yīng)在校準證書或校準報告上反映。校準證書或報告應(yīng)至少包括如下信息：b)實驗室名稱和地址；c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同)d)證書或報告的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識e)送校單位的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標識；g)進行校準的日期，若與校準結(jié)果的有效性及應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)說明被校對象的接h)如果與校準結(jié)果的有效性及應(yīng)用有關(guān)時，應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明；i)對校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識，包括名稱及代號；j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明；k)校準環(huán)境的描述；I)校準結(jié)果及其測量不確定度的說明m)對校準規(guī)范的偏離的說明；n)校準證書或校準報告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識，以及簽發(fā)日期；o)校準結(jié)果僅是對被校對象有效的聲明；p)未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復(fù)制證書或報告的聲明。經(jīng)校準的多分量力傳感器，發(fā)給校準證書或校準報告，加蓋校準印章。9復(fù)校時間間隔由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔，復(fù)校時間間隔建議為1年。88附錄A負荷重復(fù)性滯后理論值誤差不確定度回程123平均值123平均值回零回零差測量范圍9表A.2多分量組合校準記錄對主分量的耦合影響 主分量輸出影響量輸出回零差表A.3校準證書內(nèi)頁格式測量點滯后線性誤差測量范圍回零差 一 附錄B輸出靈敏度校準結(jié)果的測量不確定度評定B.1測量模型輸出靈敏度按公式(B.1)計算：式中：S多分量力傳感器第i個分量單獨校準時額定負荷下的輸出靈敏度，mV/V;θ多分量力傳感器第i個分量單獨校準時額定負荷下的輸出平均值，mV;V;——多分量力傳感器第i個分量單獨校準時激勵電壓的平均值，V。B.2靈敏系數(shù)按照不確定度傳播律，S,的合成標準不確定度按公式(B.2)計算：u?(Sn)=√c2(0m)×u2(0m)+c2(V)×u靈敏系數(shù)按公式(B.3)和(B.4)計算：B.3不確定度來源分析B.3.1u(θm)的來源如下：a)示值重復(fù)性引入的測量不確定度u?;b)力標準裝置引入的測量不確定度uz;c)指示儀表的示值分辨力引入的測量不確定度u?。B.3.2u(V?)主要來源于激勵電源的不穩(wěn)定。B.4測量不確定度評定B.4.1多分量力傳感器在額定負荷下示值的相對標準不確定度u(0m)a)重復(fù)性測量引入的相對標準不確定度按式(B.5)計算：uiwt——示值重復(fù)性引入的相對測量不確定度，%;評定如下：△0m——多分量力傳感器在額定負荷下示值多次校準數(shù)據(jù)的極差，mV;b,根據(jù)測量次數(shù)查表得到的系數(shù)；n——測量次數(shù)。b)力標準裝置引入的相對測量不確定度按式(B.6)計算uza——力標準機引入的相對測量不確定度，%;Up力標準機的相對擴展不確定度，%;k?——包含因子。c)指示儀表的示值分辨力引入的相對測量不確定度指示器分辨力為r,假設(shè)其服從均勻分布，則相對標準不確定按式(B.7)計算：usra——指示儀表的示值分辨力引入的相對測量不確定度，%。ure(0m)=√uira2+uzra2+UB.4.2urel(V?)按公式(B.9)計算：u(V?)——由激勵電源的不穩(wěn)定引入的相對測量不確定度，%;B.5合成標準不確定度相對合成標準不確定度按公式(B.10)計算：uera(Sr)=√u2a(0m)+u2(V?)B.6相對擴展不確定度測量結(jié)果按正態(tài)分布，取k=2,則相對擴展不確定度按公式(B.11)計算：B.7測量不確定度評定實例B.7.1采用0.01級杠桿式力標準機對多分量力傳感器進行校準，得到的試驗數(shù)據(jù)見表B.1。負荷z方向指示器讀數(shù)/mV檢定前后電壓10.001V,10.005V回程123123000000000負荷z方向指示器讀數(shù)/mV檢定前后電壓10.001V,10.005V回程123123B.7.2不確定度分量的計算采用三次測量得到的試驗數(shù)據(jù)，極差系數(shù)C=1.69,力標準機準確度等級為0.01級，多分量力傳感器儀表示值分辨力為0.001mV,根據(jù)公式(B.5)、(B.6)、(B.7)計算出不確定度分量ulrel、uzrel、uarel,并根據(jù)公式(B.8)計算出額定負荷下的相對合成不確定度。B.7.3相對擴展不確定度取包含因子k=2,則試驗力示值誤差測量結(jié)果的相對擴展不確定度按公式(B.11)計算，結(jié)果為Ue(S)=2ueel(Si)=0.06%,取U兩分量組合校準時輸出靈敏度耦合誤差的測量不確定度評定C.1測量模型兩分量組合校準時輸出靈敏度耦合誤差按公式(C.1)計算：Cs.;——影響分量j對主分量i的輸出靈敏度的影響，%FS;△0c;——單獨施加主分量i的各個負荷點(包括零負荷點)時進程平均示值與同時施加影響分量j的各個負荷后主分量i對應(yīng)負荷點輸出進程平均示值之0cjm——施加第i個分量的第m個負荷點時，同時施加影響分量j后讀取的分量i的進程平均示值，mV,V,N,Nm;當在主分量i的第m個負荷點時，影響分量j取多個試驗點逐級加載來進行組合試驗時，取試驗過程中組合加載與獨立加載時i分量該負荷點輸出偏差最大的進程平均示值來進C.2靈敏系數(shù)按照不確定度傳播律，Cs;;的合成標準不確定度按公式(C.2)計算：ue(Csi)=√c2(θcjm)×u2(θcjm)+c2(0m)×u2(0;m)(C.2)靈敏系數(shù)按公式(C.3)和(C.4)計算：C.3不確定度來源分析C.3.1u(θcim)的來源如下：a)組合加載時，示值重復(fù)性引入的測量不確定度u?;b)組合加載時，力標準裝置引入的測量不確定度uz;c)組合加載時，指示儀表分辨力引入的測量不確定度ug。C.3.2u(θ:m)的來源如下：a)示值重復(fù)性引入的測量不確定度u?;b)力標準裝置引入的測量不確定度us;c)指示儀表的分辨力引入的測量不確定度us。C.4測量不確定度評定C.4.1組合加載時，傳感器示值引入的不確定度u(0cjm)評定如下：a)重復(fù)性測量引入的相對標準不確定度按式(C.5)計算：uiel——示值重復(fù)性引入的相對測量不確定度，%;△θcjm——多分量力傳感器多次校準數(shù)據(jù)的極差mV;b?——根據(jù)測量次數(shù)查表得到的系數(shù)；b)力標準裝置引入的相對測量不確定度按式(C.6)計算：uzra——力標準機引人的相對測量不確定度，%;Ug——校準裝置的相對擴展不確定度，%;c)指示儀表的示值分辨力引入的相對測量不確定度指示器分辨力為r,假設(shè)其服從均勻分布，則相對標準不確定按式(C.7)計算u?rel——指示儀表的示值分辨力引入的相對測量不確定度，%。ura(θcim)按式(C.8)計算：uza(θcjm)=√uxa2+uza2+usa2C.4.2單分量加載時，傳感器示值引入的不確定度u(0m)評定如下：a)重復(fù)性測量引入的相對標準不確定度按式(C.9)計算：u?red——示值重復(fù)性引入的相對測量不確定度，%;b?——根據(jù)測量次數(shù)查表得到的系數(shù)；b)力標準裝置引入的相對測量不確定度按式(C.10)計算：