110《针侵与测试牧术》2019耳第46危第10期工作测振仪校准方法介绍及不确定度评定
甘小华崔磊
(南京市计量监督检测院,江苏南京210049)
摘要:本文结合多年累积的工作经验,通过大量的实验数据,综合阐述了工作测振仪加速度校准的方法。
关键词:测振仪;加速度;校准方法;不确定度
中图分类号:TB936文献标识码:A国家标准学科分类代码:410.55
D01:10.15988/jki.1004-6941.2019.10.038
Rearch on Acceleration Calibration Method and Uncertainty Calculation of Working Measuring Vibration Instruments
Gan Xiaohua Cui Lei
Abstract:This paper focus on the lection and composition of calibration standard instruments,the s
election of calibration methods,the structure of vibrometer,and the evaluation of uncertainty of calibration results.Bad on many years of accumulated work experience,through a large number of experimental data,this paper comprehensively expounds the acceleration calibration method of vibrometer.
Keywords:measuring vibration Instruments;acceleration;calibration method;uncertainty
0引言
本文着重从校准用标准器具的选取及组成、校准方法的选取、测振仪的结构,校准结果不确定度评定等多个方面,结合多年累积的工作经验,通过大量的实验数据,综合阐述了工作测振仪加速度校准的方法。
1工作测振仪的组成及简介
1.1工作测振仪一般由振动传感器、放大器和指示系统组成,振动传感器可以是加速度传感器或其他类型传感器。⑴
1.2JJG676-2000(工作测振仪检定规程》中要求,配加速度传感器时,测振仪频率响应和幅值线性度为±5%,配其它传感器时,测振仪频率响应和幅值线性度为土10%。⑷传感器的参考灵敏度是传感器
静态特性的一个重要指标,是指被测量的值处于稳定状态时的输出输入关系。参考灵敏度是在参考频率点所标定的位移灵敏度、速度灵敏度或加速度灵敏度。
2工作测振仪的校准方法
对于工作测振仪的校准方法,常用比较法。比较法也称为背靠背法,是将被校传感器和参考传感器串联,背靠背的安装在振动台的台面中心,在参考频率(一般选取80Hz或160Hz)和参考加速度(一般选取10m/s2或100m/s2)下确定被校传感器的加速度灵敏度。被校传感器的输出与所承受的加速度值之比即为参考灵敏度(见图1)。确定了灵敏度,再通过背靠背法测量测振仪的频率响应和幅值非线性度。由于被校传感器与参考传感器是背靠背安装,受到相同的正弦激励幅度,其信号输出之比即为灵敏度之比。被校传感器的加速度灵敏度S2按下式计算:S2=詁
式中:S-#考传感器灵敏度;X’一参考传感器输出值一被校传感器输岀值。
灵敏度是测振仪的重要计量参数,即使是相同型号的测振仪,配相同型号的传感器,每台测振仪的灵敏度也是不同的。因此当我们通过比较法确定好灵敏度以后,必须将灵敏度输入测振仪或在测振仪操作界面里设置好灵敏度,测振仪才可以进行准确的测量。
甘小华尊:工作測按仪谡碓方敢介榕a来确定决评走111
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图1振动传感器比较法校准框图
测振仪一般在使用时,不再改变灵敏度,测振仪会通过给定的灵敏度,将被测设备的振动情况经过计算处理后,以振动幅值显示在仪表面板上,因此测振仪的振动幅值检测也是非常必要的。JJG676-2000《工作测振仪检定规程》中就要求在测振仪的后续检测中必须要检测幅值的频率响应和幅值的非线性度两个参数。
3典型的比较法校准系统组成
3.1参考加速度计套组
经过国家计量机构严格校准过的标准加速度传感器和放大器,组成参考加速度计套组,具有年稳定性好,灵敏度频率响应和线性度高的特点。参考加速度计根据需要可配置电荷型与电压型。
3.2标准振动台和功率放大器
功率放大器收到振动控制器的信号,将信号放大推动振动台以一定的频率和振动幅值工作。
3-3动态信号分析仪
动态信号分析仪包括振动控制器和信号采集器,也可分开配置。振动控制器用来控制振动台的频率和振动幅值,信号采集器用来采集参考加速度计和被校传感器的输出信号。
3.4计算机及校准软件(选配)
亳州老街与校准系统硬件兼容的校准软件,计算机提供软件操作和硬件控制界面,通过网络或USB等接口与动态信号分析仪实现通讯,完成工作测振仪的校准,能绘制数据曲线,能自动生成报告。
3.5一种典型的校准系统
丹麦B&K公司3629型振动冲击校准系统(见图2),是以3160分析仪为平台的振动传感器校准系统,3160通过安装在PC中的分析及校准软件(7770.3099)控制,从信号发生器通道输出正弦或随机信号,经2719型功放进行功率放大,然后驱动4808振动台产生指定波形和幅度的振动,振动的大小通过安装在校准夹具内的工作标准加速度计(4371)检测,并反馈到分析仪的输入通道。同时,被测传感器(或8305-001型参考加速度计)也感受到相同的振动,并将信号输入分析仪。参考加速度传感器输岀的信号需经2647型电荷放大器转换为分析可接收的电压。最后,将“被测”与“标准”两路信号的测量结果进行比对,即可得到被测传感器的灵敏度等参数,从而实现传感器校准。
图2丹麦B&K公司3629型振动冲击校准系统
4比较法工作测振仪振动幅值测量不确定度评定4.1概述
校准依据:参照JJG676-2000《工作测振仪检定规程》。环境条件:温度(18~22)七,湿度65%RH。标准器具:振动标准套组,型号:8305(丹麦B&K)〃= 0.5%.½=2(参考点)。频率范围:(20-2000)Hz。测量方法:比较法。选取一只工作测振仪,将被检测振仪的传感器与参考加速度计背靠背刚性的连接在一起,安装在标准振动台的台面中心,在适当的振动幅值下,读取测振仪的显示示值。
4.2测量模型
^L~X i~X s(1)
式中:&一振动幅值示值误差,ni/s?內一测振仪示值,m/s?;兀一振动标准装置给出的标准值,m/s?。4.3方差与传播系数
4.3.1方差
根据:";=£[寻]u2(»,)(2)
由(2)式得:U:=C]iZ|+c;u;
式中:S,“2分别为如和耳的标准不确定度。4.3.2传播系数
4.4参考点标准不确定度的计算
4.4.1由测量重复性弓I起的标准不确定度u t=u(x;)
此不确定度分量包括定频稳定性,频率波动对示值的影响,加速度幅值的设定误差,重复性等。这些因素综合体现在测量重复性中,通过在重复性条
(下转第113
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宋洁劣:冏接桧眼俛的戦卅方肢科究/测黄来确走走许良113
表1
心进行连续测量,测得值如表1。
序数123456照度值(lx)308310315308313305实际测量时取3次测量的算术平均值作为测得值,则由测量重复性引入的不确定度为:
U Uel
0')=0.69%
3.2.2照度计示值误差引入的标准不确定度u lrel
依据检定证书,照度计示值误差的不确定度为U“=1.2%,k=2,故:
叫=^|^=0.6%
3.3标准不确定度汇总表(见表2)
表2
1公顷等于多少吨标准不确标准不簡
兴隆庄煤矿
不确定度来源
测量结果标林簡定定度分量定度分类分布度分量值(%)u i A照度重复性引人的标准不确定度/0.69
«2B黑度示值谋差引人的标准不确定度正态0.6
3.4合成标准不确定度
u c=^/u]+Uj=0・92%
大乳晕(上接第111页)
件下,设定频率160Hz,设定振动加速度10m/s2,连续测量10次(见表0。
表1测振仪示值(m/s2)
12345678910 10.210.010.010.110.210.210.310.010.210.3
其算术平均值:
___I n
x:=—=10.150m/s2
鹦鹉用英语怎么说n i=i
得单次测得值的标准偏差为:
/i(x;-^)2
s(如)=J---------------=0.118m/s
实际校准中只测量一次,因此S=0.118m/s2 4. 4.2由标准器(振动标准套组)引入的标准不确定度u2=“(%)
在参考点,标准振动套组的不确定度为0.5%, "2,以加速度10m/s2点为例,得:
u2=驚盘X10=0.025m/s2
4.4.3合成标准不确定度
u c=+c;u;=0.121m/s2
4.4.4扩展不确定度
取包含因子k=2,则扩展不确定度为:3.5扩展不确定度的计算
取包含因子A:=2,[/=ku c=1.9%
3.6不确定度报告
间接检眼镜照度测得值的扩展不确定度为:
—=1.9%/=2
4结束语
本文对间接检眼镜的显色指数和光照度的校准方法进行了详尽说明,从而为间接检眼镜的测量提供了可行有效的方法,并对检测间接检眼镜各个参数不确定度分量的来源和评定过程,以实例形式给出了详尽的说明,希望相关试验检测人员可以加以借鉴。
参考文献
[1JYY0633-2008(眼科仪器间接检眼镜》[S].
[2]范冬娟,陶瑛.配装眼镜光学中心水平距离测量结果的不确定度评定[J].计量与测试技术,2012,39(1
梦见椅子2):64-65.
[3JJJF1059.1-2012(测量不确定度评定与表示》[S].
作者简介:宋洁,女,高级工程师。工作单位:辽宁省计量科学研究院。
王宇,董璐,辽宁省计量科学研究院(沈阳H0004),
U-k•u。=2x0.121=0.3m/s2
因此在参考点相对扩展不确定度%=3%,k=2 4.5通频带标准不确定度的计算
4.5.1由标准器(振动标准套组)引入的标准不确定度“2="(叫)
根据检定规程的要求,通频带标准振动套组的不确定度为1-0%,k=2,以加速度lOm/s?点为例,得:u2=1,芋%x10=0.050m/s2
4.5.2合成标准不确定度
u c=y CjUj+c;zz;=0.128m/s2
4.5.3扩展不确定度
取包含因子:=2,则扩展不确定度为:
我的警察先生U-k•u c=2xO.128~0.3m/s2
因此,在通频带相对扩展不确定度%=3%,k=2 4.6不确定度报告
综上所述,在(20~2000)Hz频率范围,工作测振仪振动幅值扩展不确定度%=3%,k=2。
参考文献
[1]JJG676-2000(工作测振仪检定规程》.
[21JJF1059.1-2012(测量不确定度评定与表示》.
作者简介:甘小华:女,工程师。工作单位:南京市计量监督检测院0崔磊,南京市计量监督检测院(南京210008)0