JJF1370-2012正弦法力传感器动态特性校准规范.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1370-2012 正弦法力传感器动态特性校准规范Calibralion Specifi回tionror Dynamic Characterislics or Force I飞ransducerunder Sinusoidal Loading 2012-12-03发布2013-03-03实施国家质量监督检验检疫总局发布JJF IJ70- 201Z 正弦法力传感器动态特性校准规范Characleristics or Force Transducer guggCalibration Specirication for Dynamic under Sinusoidal Loading 归口单位z全国力值硬度计量技术委员会主要起草单位北京长城计量测试技术研究所喜加起草单位，中国计盘科学研究院本规范委托全国力值硬度计量技束委员会负贸解释JJ)1l7。一2012本规范主要起草人张力(北京*城计量测试技术研究所)王字北京*城计量测试技术研究所秦海峰北京长城计盘测试技术研究所垂加起草人=张立吉吉北京*城Jj盘测试技术研究所彭军(北京长城Jt盘测试技术研究所胡刚(中国计最科学研究院JJF 1370- 2012 目录引盲( U ) 1 范围(1) 2 引用文件(1) 3 术语和计量1扭曲( 1 ) 3. 1 静在幅值旦敏匮( 1 ) 3.2 动在帽值且敏Jlt.(1)3.3 相也延坦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) 3. 4 传感器揣部等效质量( 1 ) 4 概述(1) 5计量特性( 2 ) 5. 1 外观和附件( 2 ) 5. 2 技术指标、气. . . (2) 6 役1It条件. (2) 6. 1 环拢条件( 2 ) 6.2 核准用仪器设备( 2 ) 7 位准项目和核准方法( 3 ) 7. 1 外观及附件检查(4) 7.2 其他汁量特性役礁. .号. (4) 8 校准结果表达( 9 ) 9 直佼时间向嗣. . . . . .,. (10) 附录A四量不确定匪评定示倒(11) 附录B相关术语名词解释酌(17) 附录c正弦瞌三参瞌巳知捆率巍小二乘捆合算法(18) I JJF 1310-2012 引本规范为相IX制定.JJF 1071 (国家计量核准规范描写规贝川、J1F100l (通用计量术描且直且).1JF 1059 (测量不确直匮评定与表示共同陶且支撑本伎准规植制订工作的基础性革到规范.本饺准规范在激光干涉法;a行振动加速匮帽量方面参考丁GB/T20485. 11-2006 (振动与冲击传罐棉核准方法第II部分激光干涉法据动绝时校准)(lSO 16063-11: 1999. IDT)所提出的方法.二二。JJI 1376-2012 正弦法力传感器动态特性校准规范1 范围本校准规拖罩用于来用激光干涉法对新制造或新嗣置L使用中.修理后的力传感器以下而称传感器和测力但在jJfI且不大于100kN、频率范围在1Hz3 kHz内的幅值灵敏庄和相位E迫俊雄.2 引用文件本校准规范引用丁下Ji:件JJG 391- 2009 力传盛器JjG 624- 2005 动在压力传感器G!T 20485. 11-2006 振动与冲击传感器校准方法第11部分2激光干涉法振动绝时枝准(IS16063-11, 1999. rDT ) 凡是注目闸的引用文件，但在日期的血本适用于本核准规植a凡是不注日期的引用文件，其量新版本包括所有的修改单适用于本校准规植.3 术语和计量单位3. 1 静在幅值直敏Jj!static amplitude sensitivity 曹乎在校准时，获得的传感器输出地量与所加力值增量之比，单位对于压电式传感梯为应库仓每牛C顿1(pC/N);对于应变式传感器为Ii!伏每伏符1牛咽(mV! (V. N) 3. 2 动在幅值旦敏l1tdynamic amplitude sensitiv咐在给直细率的正在激励下，被佼传感器的输出幅值与输入力值之比，按照公式(A口袋示，单位z时于压电式传感梯为应库仑每牛咽1(pC/N);肘子应萤式传感器为遮住每位特牛帽(mV! (V. N). 3.3 相位犀迫phase lag 在给定撞事的正弦力激励下，被校传事嚣的输出与输入力之相也盖，单位zII (). 3. ，传感器端部等效质量叫uivalentend mas.l of force transducer 在校准时，传感器自身的部分圆置产生的惯性力在草动中也时其敏籍元件施扭动击力，这部分质量称为瑞部等级1Ii盘，单位于直(kg) 4 概述力传!f;器通常通过敏感元件和信号调理指将力转换为电惰号，主要用于各种静在草动态力的测量.很据敏感元件的原理，j传感器有应变式、压电式.压阻式、电容式等多种.1 JJF 1370-Z012 5 计量将钱5. 1 外观和酣件111校传睡告费应配合-连撞电擅且其他必要的酣件.还应具有置援尺寸且置装要求.应用环在条件等信且的说明书或其他挂术贤料.传盛器且附件袋固不曲有影响其性酶的思疵堕机抵损伤.传感器究体上应幡有型号和编号、制造厂商撞线标民.5.2 技术指标在核准睡率在围内，传感辑在不同力值和频率下获稽的动态帽值虱敏匮与.，;1;帽值旦敏匮(.，鑫无输出的传感稽罪用，考频率点而值且敏庄相时提盖-tI!小于10，;传感锦在参考蝠率点的相也廷且一舷小于5，其他频率点小子1s. 边ll 稚，事的参考.点f，JJ80 HI 2 以上指标不是用于舍格恨，唱到仅佛，希.6 锁准条件6. 1 环槐条件环槐温度栩时湿庄大气压力2(23士日1:.:S;7S yo I (86- 106) kPII; 供电也1愿:一-(2-20士22)V-.-SO会1.LHz1_一-其他条件梭准时不耐不f修响饺准结果的振动、噪声、电a疆场.其他干扰源-6.2、校推用仪器设备6.2.1 -.I!要求佼准所用的仪器设备店经过计量技术饥掏栓直革伎准，满足使用要求，并在有数肌肉.所采用的枝准装置可实现的.Q佳测量不确定度为幅由里政匪=参考捆旦售点1 I其他捆率点2， 相也廷且参考捆率点1 .其他睡率点36.2.2摄动台11) 1111遮庄撞到5失真小子5同参考颇拿点瑶小于10，(其他频率点) b)榄向运动与纵向运动的拥直匮幅值主比革小于5%(参考颇点).IJ、于10%其他频率点), 加运E值l!l性在每个帽点佼难过程中世于1% , d) I震动台地基的盾量且不1、于搬动运动部件厦量的1000 f畜.6.2.3 激光干涉但采用激光干涉但搁置匾量块上表团的拥速度值.要求加盟匮测量误量为土o.05, 参考频率点)，士0.1%(其他频率点) 激光干涉值的地基血与躁动台地革分开，以减少振动台且环搅撼动时酣量的干扰.2 JJF 1370-2012 6. 2. 4 质量块且连按机构将质量块通过连接饥曲与传感器置密同轴连接如图口.$量块3在用圆柱体结构，要求回锥体密度均匀且力学性能稳定.直撞机构的材质且质量准确E要求与质量块相同.质量块具体技术要求如下:.)质量四量不确定应0.01%性=2)i M商匮与直径之比值，1-51 c) 1二表团银植IXJ、子R，O.21d)圆挂IX缸子O.Olmmi的上下表面平行IXtt于0.015mml。与传感铸安装要有足面it力可参考具体传感稽时置装力矩的要求).且量力均匀 因i愿量换与传感器安装6. 2. 5 位制器.)捂率植国1 Hz-3 kHz; b)频率是大允许国量1士0.05%:c)频率草草匪2在测量周期内，且在读盘的土0.05日之内，d)幅值稳定庄在回量周期内，应在匪量的士0.05%主内.6. 2. 6 黠据采集罩桂要求陆够与激光干涉也同步测量，技术指标要求如下的罪桥事不低于4MHz; b) A/O位敢不低于12位-6. 2. 1 激励电源传感器校准中使用的酷曲也源输出电压的4h l:l直性，应不翻过传盛器相应挂术指你最大允许误差的五分之一.7 饺准项目和饺准方法校黯项目且我1，俊雄撞事点可根据用户要求或合同要求确定.3 JJF 131。一2012载1俊雄项目Il号项目外观2是附件2 铺位灵敏皮3 幡也贝*JX相对误差4 徊优属这5 革缉皮7. 1 外观且酣件撞查接本规范第5.1条的要求通过目割草孚感进行检查，并符合规定-7.2 其他计量守住钱被7. 2. 1 饺准原理iEl!(力校准军tt如围2.j专感锦击兹在电锺振动台上，居量I变革撞在传感器上.根据牛锁第二定律，传感器所莹的动态力可以投照仕式(1)貌示为zF=71W 1 0 5 / A噜/ D, / / V -5 -0 1. 511三也豆豆百.5币震.5震栩位蜀5相位计算过程位移stJ为2正t，=主.公式中一一干涉扭曲激光被妖.旧时于正弦振动，也移序列St;是正弦睦，它可J!去照公式的表示为=st, = Acoswt ; -Bsin+C (4) 式中，i=0，1，2.，N，其中N为样本点量减1，=2rr:/，其中f为振动颇率IA, B, C为常世-2安附录c的方法计算A.B. C值-d正弦振动也移的倾由s和初始捆住机按照公式目和公式的计算Es=./P百T(5) B 饥=acctanA (6) d)正弦搬动阳蓝蓝的领值a和布J始相恤.!安照公式【7)和公式(8)计算: = (21Czs 凡=tp.+ (7) (8) 的平均加连匪IHi!d和平均初始相位.1安照仕式的和公式。0)计算-句mns272川151-s 一-amn (9) (10) 其中.)表示质量坎上表团第J个副量点.7 JJF 1370- 2012 计算质量块上的等效捆擅匪的领值整个质量袋上的等效加速度.按照公式(11)计算za, =ko 1 1 ko = si恬wH/W.W H (12) 式巾。一一质量块上表面的平均加迫匪.m/sl, k.-二捆速度修正因于3 质量块的密度，kg/m1号 E 质量统的弹性槛量N/m I H 质量拔的商匪.m . 计算传感器输出的幅值且lJJ始相值，)时子正弦振动，传感器输出咆压序列W，J是正弦放.样本点盘为N+1. 1?: 可以按照公式(13)表示为I,(t,.) =A，c。缸d，-B.sin; +C. 式中，;=0, 1, 2, N; 2f. f为撼动放事，A剑，且，C. 传感器输出正弦信号的相提常盘.校附录C的方法计算-A.，.-B.，C.他唱b)传睡苦苦输出的幅缸u和创始相值伊.锻照公式。和公式(15)计算1.j古EfB 机Earctanz:(13) (14) (15) 0)传感器输出的平均幅值u和平均韧始相恤机结阳公式(J日和公式(17)计算=-14、a言兰fuj1 机= 2.J rp.; 5tf 其中y表示质量块上表面罩J个圃量点. 计算喝部等效盾量根据在参考踵率f.下的回量结果计算传感器的岛市部等数由量.根据公式川、公式(2)和公式(l口，为值与阳直皮帽值的提系可以按则公式(18)表示为(16) (7) F=m,ko + (mz + m.)kIoJ (18) -m 表9 ( 式仕照挂cd E 敏-hjR H的器恒阳s 点Z率儿捆血有中参且在8JJF 1370-2012 S = j F (19) 将口的、的合并为5 = u/(m1ko + (m: + m.)kb)ti 白白白的中，5与m，是未知盘.在参考频率点，分JIJ采用2个血量块进行四量，获押2坦盘据，将其代入世式(2时，求解出S与m.值. 计算传感器高值灵敏匮在各钱准捆率点，由和得到的a和u盘据，用公式(20)分别计算出所在频点的阳值旦敏llI:. 计算传感器幅值虽敏庄相对误盖在各校准翻率点，幅值亘敏115与静在幅值里敏匪静毫无输出的传感器罪用参考捶率点幅值灵敏度)5，的相对误噩按照公式(21)表示为(5 -5.) =立二节二丘x100% (21) 计算传感器相也延边在各核准蝠率点，由和得到的机和机各频点传感器的相也延jA按烈公式(22)表示为:A伊=tp.-tp. (22) 计算传盛器的直线直根据7.2.5j)，以参考频率点采用的各力值佼准点草案得的伎准盘踞为基础直线Ef安照公式(23)计算主F.-u (23) 式中.=1.2，.M，J在中M为力值佼准点个盘，F，与u，分别为第z个力值校准点的挥推力阻与传感器输出.经后，取绝对值是大的L;xot血的11, (5 (5) ., (5) (5.+ (,)1.1(0) + (I)I.IOO) + . ) I .I(U) + .(5) (A.2) 11 JJF 1370-2012 式中1.1. (5)一一幅值员敏庄测量A类不确定匪.那么，幅值亘敏匪测量的相对合成不确定匪平方为(u.(骂、飞Eui JS=l-丘吉-l=ui td+ui M+d M+ ui M+U : d + u; 时+，. 01(5) 式1a5u( ml) -u(m,) 1.1，-，二二. alfl( 5 m l + ml+m . a5u( m,) -u(m,) UI .t =百，亏一=汇丰瓦m. a5 u(m.) u(m.) .时=同.亏一=汇丰百字叫a5 U(时-u(a)1.1，_，=一一=一.iJa 5 ao USM=i豆豆主iz二豆且iako 5 ko J5 u(u) u(u) 问，(= X.I一了-u (5) u. . J (5) =一气百一因此.幅值亘敏庄圃量的相时扩展不确定庄为2(A. 3) Un(5) = k ;u所产生力的相位主革的不确定匮.不确定度分量且表A.2，其中.u是在G/T20485. 11-2006我4基础上的新地项.12 JJF 1370-2012 拿A.2徊位医迟到量不确定庭分量a 际准不确定应不确定度来自量不确定应分配1 (!i，国.传感得输出电压相位测量 (6,) 模敛转换的分饼率和的钟准确度2 (!i.,电压撞撞:U传感锦输出电愿相位，圈量的影响 (6!i) 颇感帮宽的限制u幢向电摇摆和弯曲卸速度对恃感器幢出电压相位 (6伊4 测量的.，响横向灵敏度干涉仪E交输出信号扰动对位部相位测量的.，响5 (!i.Q) 如E偏兽、电压帽值偏疆、与90名义角度整 (6!i) 的偏蛊6 ，伊.，) 干涉仪信号lJl被对他移拥位测量的影响额阜带宽的限制 (c.!i) (.咽】电压优动对位移相也测量的医响如光电测量 (6,) 7 国曲中的商m噪声干扰运动对位感相位四量的影响f如=嚣穆$加8 u9 号的相位唱声(0 . (.皿其他干涉徽应对位移相位测量的影响干涉仪的. (6,) 功能, ( (.r.) 质量换上班面的如迫度相位与质量块所产生的力相位之壁的不确定皮影响u (6,) 6阳其他放应对相位延迟测量的后响如:重复测量 (6,) 中的随机.，响4算术平均值的实验标准铺垫A. 2. 3 测量不确定直评定在选定役准颇率、摄制、放大器精益和截止睡率条件下，相也噩诅测量的扩展不确定庄U(6肘的计算，接照以下公式进行zUClP) =ku.(6科,(.6.1) = J2;u.!(6.P) (1) 1-10琐的回量不确定直(A.7) (A.8) 根据GB/T20485. l1-2006，罪用其中的方法3进行加注E测量，在参考频率点80日.测量值的扩展不确定度为0.5飞其他睡点，测量值的扩展不确定皮不姐过，.因此以其规定的越低指标为基础评直传感稽校准的相世j!J1l测量不确定匪，即将表中的1-10项的酣量不确定庄用该悻准巾给定值来表示.13 JJF 1370-201l 在参考颇点(A.9) 在其他，要点均).rt.E =05 (A.I0) (2) U!1 (6;) 质量块上表面的加速度相值与质量块所产生的力相位之差可以用有眼元方法计算，并且进行修正，!i!修正后押到不确定IlU!1 (6. (3) Ulf (.，圳属予相世E且多次回盘直直性的不确是庄A. , 主持饵诅明A. 3. 1 幅值且敏庄测量不确直直评定(1)质量称量不确定E分量J.:J. 4 kg质量1:5)的振动台横向偏搜引起的加迫匪胃量不确定匪分量在参考拥率，要求振动台横向偏很不且过T=5%.可知加速度偏量为1-11 .f丰可守=0.125%.醒世为均匀分布，贝l其引人的不确定E分量为叫时=0.001251.3 = 0. 072日(A.16) 11 JJF 1370-2012 在其他频率，要求振动台横向偏怨不跑过T=10%.9l u. =0, 287% (5)台商输出失真匪引起的细蓝蓝测量不确l!t分量在参考捆率，要求台商捆直匪失真JI!大不且过5%.假设为均匀分布，则其引人的相对不确定庄分量为1.1;:. = (0. 051/2)/=0，072同在其他频率，要求饭动台横向偏摆不超过10目，则2叫=(0.1/2)/./3= 0. 289% 的电压割量不确定庄分量(A,17) U罪用12位世据采集卡为制，也压输出披靡圃量的相对扩展不确应E为0.1%(k=2);那么z0, 1 % .时=才2=。因%(A.18) (7)多次测量重直性的不确定直分量幅值直敏庄量在不改变其他实验条件的前提下，进行10次测量获得的平均值，在参考据率，其际准偏韭小于0.5%.国此一0.5%u .1(5) =兰圣旦=0.16%,/10 (A. 19) 在其他频率，其标准偏草小子2%.因此2到J1. .!(5) =. =0.63% (A. 20) ,/10 根据阳上不确定度分量的实际散居，可以获碍系统在参考颇率80Hz和160Hz的告成标准不确定E为剖，、J.)+.) + (.) +(.) +.+t二)+ ( ,;:,. ) +(.) +.) -.O.5XIO-.)川1.5X 10-) +0.00087刊001+0. 003付酬n吨。阳市+队05+0. 0016 _0.38 而参考频点的扩腥不确l!t(k2)为1U.1 =0. 38% x 2 =0. 76旦在其他颇点的合成标准不确定!t(k盯为2.(5)-，Jc.)+(钮而川(.).+(,.l +(.). + (,.) +C.,.) + (叫+问J(A.21) 川.，川一川O.5XI0-)刊跚町刊阳+矶。即刊惆阳刊囚ZB9+0. OOO. +0. UO3 - O.82Yo 而在其他目点的扩展不确定直为U.J=0.82%X2=J.64同A. 3. 2 相也延迟测量不确定监评定(l)数光干涉方法相位测量不确定匮分量1 ，(l:.rp) (A.22) 根据本规植采用的加革匪酣量方法，即GB/T20485. 11-2006中的方法3，由于截光干涉加座庄测量引人的相也不确宣度为15 , JJF 1370-2012 参考频点u. (6tp) =0. 250 (A.23) 其他周点ud(6tp) =0. 50 (A.24) (2)腼量坎上下罪面相佳盖引起的相位j!j回量不确定度分量Uz(61) 质量换上表面的.0速匪相值与质量块所产生的惯性为之间的根也盖不大于O. 2. 9P, ul(6tp) = 0. 20 (A.25) (3)多次剧量重直性的不确定匪分量UJ(6呐传感器捆住E坦是在不改韭其他实验条件的前提下，进行10次测量族1lI的平均值，其岛准偏盟小子O.2 ，因此uJ(6p) : 0. 2 (A. 26) 根据VJJ:;不确定匪分量的实际数据.可以踩得系统在参考级率80Hz和160Hz的相位l!i测量合成悻准不确定直为 u,. ,(61) =Ju币，d(6科+u;(6tp) + u;(6科=0.38而参考描点的扩展不确定庄为2U，(6肘=0.38X 2 =0. 760 在其他腼点的合成不确定Il(k2)为zu,(6p) =Jud(6件+:(69心+u;(6肘=0.57而且他翻点的扩展不确定匪(k=2)为zU(蚓-:0.57驭2=1.14016 (A.27) (A. 28) (A.29) (A. 30) JJF 137D-20U 附录B相关术语在词解释术a昏名称说明单位符号静态枝准a变得的传感稽灵敏皮测1 态值爽敏皮定方法依据JJG3 91-2009的相关pC/ N lIi mV/ (V N) S, 规定2