JJF 1053-1996 负荷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J.T F 1 0 5 3-1 9 9 6负荷传感器动态特性校准规范C a li b r a t i o n S p e c i f i c a t i o n f o r D y n a m i c C h a r a c t e r i s t i c o f L o a d C e l l1 9 9 6一1 1 一1 2发布1 9 9 7 一 0 9 一 0 1实施国 家 技 术 监 督 局发布沃1 F 1 0 5 3-1 9 9 6负荷传感器动态特性校准规范C a l i b r a t i o n S p e c i f i c a t i o n f o rD y n a m i c C h a r a c t e r i s t i c o f L o a d C e l l广。.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.、弓0己勺 J J F 1 0 5 3-1 9 9 6 弓0弓仑飞.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.0.0.o.o.本规范经国家技术监督局于 1 9%年 1 1 月 1 2日 批准，并 自 1 9 9 7 年 0 9 月0 1日 起施行。归口单位:起草 单位:中国航空工业总公司第 3 0 4 研究所中国航空工业总公司第 3 0 4 研究所本规范技术条文 由起草单位负责解释J J F 1 0 5 3-1 9 9 6本规范主要起草人:张于北(中国航空工业总公司第 3 0 4 研究所)沈福棣(中国航空工业总公司第 3 0 4 研究所)梁志国(中国航空工业总公司第 3 0 4 研究所)J J F 1 0 5 3-1 9 9 6目录一概述 ，。(1)二技术要求 .(1)三校准条件 .(2)四校准项 H.一(2)五校准方法.(3)六校准结果的处理和校准间隔.(5)附录 1 负荷传感器动态特性校准报告内容 .(6)附录 2 负荷传感器动态特性校准记录格式 .，(7)附录3 校准报告内容格式 ，(8)J J F 1 0 5 3-1 9 9 6负荷传感器动态特性校准规范 本规范适用于负荷传感器(力传感器)及配有二次仪表的负荷传感器测力系统动态特性的校准。以下将负荷传感器简称传感器。概述 负荷传感器主要用于测量载荷量(力)的量值及变化，并以电信号的形式输出，被广泛应用于各种测力场合。当测量对象为动态载荷时，为保证测量结果的准确可靠，应该对传感器进行动态特性校准。本规范使用阶跃力源校准负荷传感器的动态特性。二技 术 要 求1 对被校传感器的技术要求1.1 通用要求 传感器或传感器与二次仪表组成的系统应配有使用说明书，输人输出接线图、简明原理图等。说明书中应标明传感器的名称、生产厂家、型号规格、量程、准确度、适用频率范围及供电源要求等。传感器上应有型号、编号、制造 日 期和量程。1.2 标志及外观 传感器外观结构应完好。标志清晰明确，连接电缆及各类附件齐全。传感器的输人输出端应有明显标志。1.3 技术资料 使用中及维修后的送校传感器应有前次的校准证书或校准报告，新出厂或新定型的传感器送校，应有产品合格证及按技术条件规定的试验报告。对被校传感器技术指标具有影响且必需的供电源、放大器等的技术指标应同时提供。1.4 传感器正常工作所必需的辅助设备(如供电源、放大器等)应使用原配，或性能不低于原配的产品。1.5 静态性能的校准 所有进行动态性能校准的传感器，均应首先进行静态性能的检定。检定项 目及方法按中华人民共 和国国家计量检定规程 J J G 3 9 1-1 9 8 5 负荷传感器或 J J G 6 3 2-1 9 8 9 动态力传感器执行。1.6 被校传感器的动态特性应具有一致性，在不同幅度阶跃输人信号的激励下，传感器共振峰位置变化不得超过共振频率的 1 0%0B F 1 0 5 3-1 9 9 6三校 准 条 件2 对校准系统的技术要求2.1 校准源的各项动态指标应优于被校传感器相应指标的3 一 5 倍。2.2 阶跃力的幅度应覆盖传感器的整个量程或实际使用的测量范围。校准系统中所用的测量仪器、仪表均应满足量值传递要求，并在检定合格的有效期内。其中，用于测量传感器输出信号的记录仪器的工作频带，应大于被校传感器固有频率的2 倍;通道采样频率应大于传感器固有频率的2 0 倍。2.3 校准系统所用仪器应有良好的接地。2.4 校准测量仪器的基本误差优于 士 0.2%0,2.5 校准测量系统的基本误差优于 士 0.5%o3 数据处理软件 校准系统所用数据处理软件应经过计算机仿真检验。4 环境条件 温度:(2 0 士 5)C湿度:,7 0%H H供电源电压:(2 2 0 t 2 2)V (3 8 013 8)V频率:(5 0*1)H z频率:(5 0 士1)H z 其它环境条件以不影响传感器及测量系统性能为限。5 校准状态5.1 本规范采用自由放置的校准方式评定传感器的动态特性指标。如果用户特殊需要，也可将被校传感器安装在校准台上进行校准;但校准结论应注明安装状态。5.2 传感器使用时所有的垫片、接头等应一同进行校准。5.3 传感器承载面、校准台面均应清洁、平滑。5.4 传感器的主轴线应与校准系统的加荷轴线重合。6 特殊条件 如传感器说明书中 有特殊的使用条件要 求，按特殊情况处理。7 校准用主要仪器设备 阶跃力源系统:提供一个阶跃力激励信号;波形记录仪系统:测量记录传感器输出相应波形;电子计算机系统;打印机。8 预热 正式校准前，按使用说明书要求对传感器及整个校准系统进行预热。无特殊要求时，预热时间为 3 0 m i n四校 准 项 目校准项 目 上升时 间.T.T F 1 0 5 3-1 9 9 69.2 固有频率9.3 幅频特性9.4 相频特性五校 准 方 法1 0 传感器动态性能的校准1 0.1 原理简述 如图 1 所示，对被校传感器施加阶跃力激励，记录传感器对阶跃激励的响应序列。图 1 负荷传感器动态校准系统总框图 根据传感器阶跃响应曲线读取上升时间。用动态建模软件运算处理，求出传感器的幅频特性、相频特性，以数据或曲线图形式给出;求出传感器的固有频率，过程如下:设 x(k)为传感器输人信号的 采样序列;y(k)为传感器输出信号的 采样序列;m为传感器传递函数 H(s)的阶次，本规范规定 m=3。则有拟合差分方程:y(k)+a,y(k 一 1)+a m y(k 一m)代人数据 二(k)、0,1，m)。=b a x(k)+b,x(k 一1)+二+b。二(k 一m)(1)(k)，用信号处理方法算出广义最小二乘意义下的 a、方系数(=令 Z 一 为单位时延算子，则:、J尸，一!2、4了f了了、了2 一 x2 y(k)=x(k)=y (1+。Z 一 扫二+。2 一 爪 =b +b,Z 一 +一 b m Z拟合差分方程的 2变换形式为:11、.厂气67了、了.、了、方。+b,2一 +bZ一”乙一+一+一+a,2 一-孔八一人儿了一X 一一 、护产 艺 了1、Hb o Z+b,Z 0+十b,通过双 线性 变换:一2 砚+a,2一 1+z T一s +a,zTI N 1 0 5 3-1 9 9 6式中，T 为离散采样间隔。求得连续传递函数 H(s)，令IJJ，009了lj.、s=产则 H(J.)二 A(m)e )式中 A(c o)为传感器的幅频传输特性;0(田)为传感器的相频传输特性;为输人动态信号的频率分量。=2 f;.f可得传感器的幅频特性:A(。);相频特性:o(.).1 0.2 校准程序1 0.2.1 如图 1 所示连接校准系统。1 0.2.2 在阶跃力源系统上安置好传感器。1 0.2.3 选取加载的阶跃力幅度值。每个传感器选取三个力值点，推荐值为满量程的2 5%,5 0%和 7 5%附近，但阶跃响应的峰值不应超过被校传感器的测量范围。1 0.2.4 根据载荷大小选择阶跃力源系统上的加载压头。调整压头对中。1 0.2.5 关闭阶跃力源系统的防护罩。1 0.2.6 设定波形记录系统的工作状态。根据传感器输出信号选定放大器、测量记录仪器等的量程，根据传感器的固有频率设定通道采集速率，设定波形记录仪器通道采集数据个数，设定触发门限，使测量系统处于待触发工作状态。1 0.2.7 启动阶跃力源系统施加阶跃力，产生所需的阶跃力后停止加载，复位加载系统。1 0.2.8 试验记录完毕，检查波形记录系统的测量数据，将数据输入计算机。1 0.2.9 根据传感器阶跃响应曲线，用线性插值法读取上升时间。1 0.2.1 0 按上述公式(1)一(9)使用动态建模软件运算处理，求 出传感器的幅频特性、相频特性，以数据或曲线图形式给出。由幅频特性的谐振峰，可得传感器固有频率。1 0.2.1 1 重复 1 0.2.3 一1 0.2.1 0 款的过程，直至三个力值加载点均校准完毕。1 0.2.1 2 综合三次加载的校准结果给出校准结论。在不同幅度阶跃输人信号激励下，获得不同的 共振峰值f,(i=1,2,3)几。=m i n(丸，几，儿)(1 0)f-=m a x(.f,，几，_f)(1 1)=f m.、一f m(1 2)若传感器幅频特性谐振峰位置的变化 f m.0 超过 1 0%则判定该传感器不适于动态使用。1 0.2.1 3 依次关闭阶跃力源系统、波形记录系统、打印机、计算机系统，卸下传感器，结束校准过程。工1 F 1 0 5 3-1 9%六校准结果的处理和校准间隔H经校准的负荷传感器，以数据或曲线形式给出校准报告。1 2 校准间隔应根据传感器使用频度、时间及本身稳定度而定，一般为 1 年。.1.1 F 1 0 5 3-1 9 9 6附录 1负荷传感器动态特性校准报告 内容负荷传感器动态特性校准报告应包括以下项目和内容:()校准机构名称(2)传感器所有者名称(3)传感器制造 一名称(4)传感器型号(5)传感器的出厂编号(6)附件的出厂编 号(7)制造日期(8)传感器测力系统的简要说明(9)校准指标范围(1 0)校准环境 l 温度、湿度)条件(1 1)校准的简要说 明(1 2)所用标准器的溯源性(1 3)传感器(或测力系统)的动态特性(1 4)校准完成日期(l 5)校准句隔 J J F 1 0 5 3-1 9 9 6附录 2负荷传感器动态特性校准记录格式凰凰温湿送校单位:生产厂家:校准单位:校准 日期:传感器名称型号:编号:量程:灵敏度:制 造 时 间:放大器名称:型号:编号:供桥源名称:型号:编号:校准仪器名称:幅 值 范 围:频率范围:记录仪器名称:型号:编号:序号加载值/k IY采样间隔/s放大器挡 位供桥电源灵 敏 度数据文件名称备注:校准:核验:J J F 1 0 5 3-1 9 9 6附录 3校准报告 内容格式校准 日期:有 效 期:度凰温湿校 准 结 果阶跃响应 5 4 3 2 l 02 5.6 u s/d i v频率响应 3 00 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 (Hz)nU八曰nl00012，、l备注