JJF 1570-2016现场动平衡测量分析仪校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 7 02 0 1 6现场动平衡测量分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rD y n a m i cB a l a n c eM e a s u r i n gI n s t r u m e n t s 2 0 1 6-0 6-2 7发布2 0 1 6-0 9-2 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布现场动平衡测量分析仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rD y n a m i cB a l a n c eM e a s u r i n gI n s t r u m e n t sJ J F1 5 7 02 0 1 6 归 口 单 位:全国振动冲击转速计量技术委员会 主要起草单位:中国测试技术研究院 参加起草单位:中国航空工业集团北京长城计量测试技术研究所 本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释J J F1 5 7 02 0 1 6本规范主要起草人:朱 沙(中国测试技术研究院)参加起草人:方 超(中国测试技术研究院)曾 吾(中国航空工业集团北京长城计量测试技术研究所)J J F1 5 7 02 0 1 6目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 平衡效率(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 传感器参考灵敏度(2)5.2 幅频特性(2)5.3 幅值线性度(2)5.4 相频特性(2)5.5 相位线性度(2)5.6 通道一致性(2)5.7 转速(2)5.8 平衡效率(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 校准用标准装置及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 校准项目(3)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(7)8.1 校准记录(7)8.2 校准证书(8)8.3 校准结果不确定度评定(8)9 复校时间间隔(8)附录A 校准原始记录推荐格式(9)附录B 校准证书的内容(1 1)附录C 不确定度评定示例(1 4)J J F1 5 7 02 0 1 6引 言本规范依据J J F1 0 7 1 国家计量校准规范编写规则编写。其中测量不确定度的评定按照J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示编写。本规范为首次发布。J J F1 5 7 02 0 1 6现场动平衡测量分析仪校准规范1 范围本规范适用于现场动平衡测量分析仪(以下简称动平衡仪)的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G1 0 52 0 0 0 转速表检定规程J J G1 3 42 0 0 3 磁电式速度传感器检定规程J J G2 3 32 0 0 8 压电加速度计检定规程J J G6 4 42 0 0 3 振动位移传感器检定规程J J G6 7 62 0 0 0 工作测振仪检定规程J J G8 3 42 0 0 6 动态信号分析仪J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和定义3.1 平衡效率 b a l a n c ee f f i c i e n c y转子经过一次平衡试验后振动的变化量与初始振动的比值。以公式(1)表示:=V0-V1V01 0 0%(1)式中:V0 转子初始振动量;V1 经过一次平衡试验后转子的剩余振动量。4 概述动平衡仪是由一个鉴相器、多个振动传感器及主机组成,是用于测量和分析旋转机械转子不平衡量大小和方位的分析仪器。其主要应用于工业现场,校准已安装在机器上转子的现场动平衡。动平衡仪测量原理如图1所示。图1 动平衡仪测量原理图1J J F1 5 7 02 0 1 65 计量特性5.1 传感器参考灵敏度参考灵敏度是在参考频率点所标定的传感器灵敏度,其校准扩展不确定度为3%(k=2)。5.2 幅频特性动平衡仪幅频特性应满足5%的要求。5.3 幅值线性度动平衡仪幅值线性度应满足5%的要求。5.4 相频特性动平衡仪相频特性校准,应给出动平衡仪的相移值。5.5 相位线性度动平衡仪相位线性度应满足2%的要求。5.6 通道一致性动平衡仪任意两通道之间的一致性,其幅值比和相位差应符合表1的规定。表1 通道一致性幅值比/d B0.1相位差/()15.7 转速动平衡仪转速测量准确度等级在1.5级以上。5.8 平衡效率经平衡后,初始不平衡量应减少6 0%以上。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件环境温度:2 35;相对湿度:8 0%;电源电压的变化应在额定电压的1 0%的范围内。实验室及其周围环境应无振动和冲击源,无强电场、强磁场、强声场的干扰。6.2 校准用标准装置及其他设备6.2.1 振动标准装置动平衡仪校准用的振动标准装置包括绝对法振动标准装置和比较法振动标准装置。振动标准装置技术指标见表2。2J J F1 5 7 02 0 1 6表2 振动标准装置技术指标名称测量范围测量不确定度(k=2)频率范围/H zUr e l/%U/()绝对法振动标准装置f:1H z 4 0 0H za:0.1m/s21 0 0m/s2:0 3 6 0 14 0 011比较法振动标准装置f:1 0H z 4 0 0H za:0.1m/s21 0 0m/s2:0 3 6 0 1 04 0 0326.2.2 移相器移相器移相范围为0 3 6 0,相移分辨力优于0.2,相移漂移小于0.2/h,工作频带为1H z 1k H z。6.2.3 动态信号分析仪动态信号分析仪选用A级。6.2.4 单圆盘转子试验台单圆盘转子试验台的转速为2 0 0r/m i n31 0 0r/m i n。转速1m i n内的稳定性优于0.1%。6.2.5 转速标准装置转速标准装置准确度等级应高于被校对象准确度等级23倍。6.2.6 正弦信号发生器失真度不大于0.0 3%,频率稳定性优于0.0 5%,幅值8h内的稳定性优于1%。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目动平衡仪校准项目见表3。实际校准项目应根据动平衡仪参数及客户要求确定。表3 动平衡仪校准项目序号校准项目1外观检查2参考灵敏度3幅值频率响应4幅值线性度5相位校准6通道一致性7转速8平衡效率3J J F1 5 7 02 0 1 67.2 校准方法7.2.1 外观检查与通电旋钮应转动灵活,开关跳步清晰,定位准确。输出输入插座应无松动。无影响正常工作的机械损伤。按使用说明书给动平衡仪通电,预热时间应为1 5m i n以上。7.2.2 参考灵敏度可使用绝对法和比较法对动平衡仪参考灵敏度进行校准。动平衡仪配接的传感器有位移传感器、速度传感器、加速度传感器,按照相应的传感器配套校准动平衡仪的参考灵敏度,一般采用4 0H z作为校准点,用于低转速平衡的动平衡仪可用8H z作为校准点。7.2.3 幅值频率响应安装传感器到振动标准装置,振动标准装置给出一个固定振动幅值,改变频率,测量在不同频率下被检仪器的示值。在被校仪器工作频率范围内以1/3倍频程频率序列选取不少于7个频率点进行校准,频率响应相对误差可按公式(2)计算,测量结果应满足本规范5.2的要求。幅值频率响应校准原理框图见图2。f=xi-xrxr1 0 0%(2)式中:xi 被校仪器示值;xr 被校仪器参考频率点的示值。图2 幅值频率响应校准原理框图 注:采用绝对法校准时,不需要安装标准传感器。7.2.4 幅值线性度选取灵敏度校准频率点,由振动标准装置给出71 0个均匀分布的振动幅值,分别测量被校仪器在不同幅值下的示值,幅值线性度可按公式(3)计算其相对误差,测量结果应满足本规范5.3的要求。L=xi-xsxs1 0 0%(3)4J J F1 5 7 02 0 1 6 式中:xi 被校仪器示值;xs 给出的标准值。7.2.5 相位校准动平衡仪相位校准方法有比较法和绝对法。7.2.5.1 比较法和绝对法相位校准原理框图a)用比较法校准时,应将标准加速度传感器与被检动平衡仪的传感器“背靠背”刚性地安装在振动台的台面中心位置,使标准加速度计和被检传感器承受相同的振动。由信号发生器输出的信号,一路输入功率放大器驱动标准振动台,另一路通过移相器输入动平衡仪的鉴相通道和动态信号分析仪的CH 2,标准加速度计输出信号通过适调器输入动态信号分析仪CH 1。比较法相位校准原理框图见图3。图3 比较法相位校准原理框图 b)用绝对法校准时,将被检动平衡仪的传感器刚性地安装在振动台的台面中心位置。由信号发生器输出信号,一路通过功率放大器驱动标准振动台,另一路通过移相器输入动平衡仪的鉴相通道和激光幅频相频测量系统。绝对法相位校准原理框图见图4。图4 绝对法相位校准原理框图5J J F1 5 7 02 0 1 67.2.5.2 相频特性移相器给出一个固定的相差(0 3 6 0),在被校仪器的工作频率范围内,以1/3倍频程频率序列选取不少于7个频率点,使用本规范7.2.5.1的校准方法测量在这些频率点下动平衡仪的鉴相通道输入信号和振动信号通道输入信号的相差i(i=1,2,n)。通过和标准测量装置测量的相差i(i=1,2,n)比较,得到被校准仪器的相频特性结果,在比较法中,i为动态信号分析仪CH 1和CH 2中输入信号的传递函数的相位与标准加速度计套组在此频率点的相移之和;在绝对法中,i为激光幅频相频测量系统测量的两路输入信号的相差。被校动平衡仪相移可按公式(4)计算:=i-i(4)7.2.5.3 相位线性度在动平衡仪工作频率范围内选取一个参考频率点,在该频率点下,由移相器给出71 0个均匀分布的相差,使用本规范7.2.5.1的校准方法分别测量在不同相差设置下,动平衡仪的鉴相通道输入信号和振动信号通道输入信号的相差i(i=1,2,n),0为动平衡仪测量的最大相差。在比较法中,i(i=1,2,n)为动态信号分析仪CH 1和CH 2中输入信号的相差;在绝对法中,i(i=1,2,n)为激光幅频相频测量系统测量的两路输入信号的相差,负相差均转换为0 3 6 0 表示。可按公式(5)公式(7)计算被校仪器的相位线性度,测量结果应满足本规范5.5的要求。i=i-(b+ki)01 0 0%(5)b=1nni=1ini=12i-1nni=1ini=1iini=12i-n(1nni=1i)2(6)k=ni=1ii-1nni=1ini=1ini=12i-n(1nni=1i)2(7)式中:b 拟合直线与Y轴的截距;k 拟合直线的斜率。7.2.6 通道一致性动平衡仪的通道一致性校准测量原理图如图5所示。图5 通道一致性校准测量原理图6J J F1 5 7 02 0 1 6 在动平衡仪工作频率范围内以1/3倍频程频率序列选取57个频率点。调节信号发生器,输出合适幅值的正弦信号,选取一个参考通道,测量在各个频率点下其他通道与参考通道的输出幅值比与相位差,幅值比按公式(8)计算,结果应满足本规范5.6的要求。i=2 0l gAiA0(8)式中:A0 参考通道测量幅值;Ai 通道i的测量幅值。通道间的相位差i0按公式(9)计算,结果应满足本规范5.6的要求。i0=i-0(9)式中:0 参考通道测量的相位差,();i 通道i测量的相位差,()。7.2.7 转速在被校转速常用量值范围内均匀选择5个检定点(包括下限值和上限值),先将转速标准装置调至相应的转速值,然后用被检仪器进行测量读取转速示值,每个校准点均应检定3次。测量结果应满足本规范5.7的要求。7.2.8 平衡效率7.2.8.1 准备在转子实验台的转子上加上一个不平衡块,不平衡块的质量在试验台的安全范围内,以转子试验台在10 0 0r/m i n 30 0 0r/m i n范围内,能产生1 5m3 0m的振动为宜。将动平衡仪按照影响系数法的实验要求安装和设置。7.2.8.2 实验将转子试验台转速调至10 0 0r/m i n 30 0 0r/m i n之间的某一转速下,记录此时转子试验台的初始振动V0;调节转速至零,在不平衡块所在的圆周上,加上一个适当质量的质量块,并记录下该质量;再次将转子试验台开到与记录初始振动一致的转速下,记录此时转子试验台的振动;转子试验台关闭转子至零,按照动平衡仪给出的应加质量和相位,在转子试验台的转子的相应位置加上配重;再次将转子试验台开到与记录初始振动一致的转速下,记录此时转子试验台的振动V1,动平衡仪的平衡效率按照公式(1 0)计算,结果应满足本规范5.8的要求。=V0-V1V01 0 0%(1 0)8 校准结果表达8.1 校准记录推荐的校准记录的格式见附录A。7J J F1 5 7 02 0 1 68.2 校准证书经校准的仪器出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式见附录B。8.3 校准结果不确定度评定动平衡仪校准结果不确定度依据J J F1 0 5 9.12 0 1 2评定,不确定度评定示例见附录C。9 复校时间间隔动平衡仪的复校时间间隔建议为1年。复校时间间隔受仪器使用情况、使用者和仪器本身属性等诸多因素的制约。送校单位可根据实际情况确定复校的时间间隔。8J J F1 5 7 02 0 1 6附录A校准原始记录推荐格式现场动平衡测量分析仪校准记录第 页 共 页年月日送校单位,制造厂型号,出厂编号,校准证书号标准器名称,标准器型号,标准器编号标准器证书号,标准器证书有效期年月日环境温度,相对湿度%,依据的技术文件1 外观2 参考灵敏度频率在H z时,现场动平衡测量分析仪灵敏度:3 幅频特性参考点示值xr频率/H z被校仪器示值xi相对误差f/%4 幅值线性误差频率/H z标准示值xs被校仪器示值xi相对误差L/%5 相频特性频率/H z标准相位差i被校仪器相位差i相移9J J F1 5 7 02 0 1 66 相位线性频率/H z标准相位i标准相位差i-0被校仪器相位i被校仪器相位差(i-0)相位线性度i7 通道一致性通道幅值比/d B相位差/()8 转速校准标准转速/(r/m i n)显示转速/(r/m i n)9 平衡效率平衡转速:转子初始振动:试加质量和角度:动平衡仪指示应加质量和角度:一次平衡后振动:平衡效率:1 0 校准结果不确定度:校准员 核验员01J J F1 5 7 02 0 1 6附录B校准证书的内容B.1 校准证书至少应包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)证书的编号、页码和总页数;c)校准实验室的名称和地址;d)进行校准的日期;e)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);f)客户的名称和地址;g)被校动平衡测量分析仪的型号、规格和出厂编号;h)本技术规范的名称及代号;i)本次校准所用测量标准溯源性和有效性的说明;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;m)校准结果仅对被校对象有效的声明;n)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。B.2 推荐的现场动平衡测量分析仪校准证书内页格式见表B.1。11J J F1 5 7 02 0 1 6表B.1 校准证书内页的推荐格式校 准 结 果第 页 共 页1 外观2 参考灵敏度频率在H z时,现场动平衡测量分析仪传感器灵敏度设置:3 幅频特性参考点示值xr频率/H z被校仪器示值xi相对误差f/%4 幅值线性误差频率/H z标准示值xs被校仪器示值xi相对误差L/%5 相频特性标准相位差i频率/H z被校仪器相位差i相移6 相位线性频率/H z输入相位差i输出相位差i相位线性度i7 通道一致性通道幅值比/d B相位差/()21J J F1 5 7 02 0 1 6校 准 结 果第 页 共 页8 转速校准标准转速/(r/m i n)显示转速/(r/m i n)9 平衡效率:1 0 校准结果不确定度:31J J F1 5 7 02 0 1 6附录C不确定度评定示例C.1 引言本附录以比较法相位校准项目的测量不确定度评定为例,说明动平衡测量分析仪校准项目的测量不确定度评估的步骤。C.2 相位校准结果的测量不确定度评定C.2.1 测量模型动平衡测量分析仪相移是测量动平衡仪测量的鉴相通道和振动信号通道输入信号的相差i相对于标准测量系统测量的相差i的相移,用公式(C.1)计算:=i-i(C.1)C.2.2 标准不确定度的A类评定A类不确定度主要来源于测量的重复性,本范例在相同的测量条件下,对某型号动平衡测量分析仪,通过移相器给出相差为1 0 的两路信号输入,重复测量1 0次,得到的结果如表C.1所示。表C.1 相移1 0次测量数据第i次测量测量相差/()/()11 0.20.221 0.10.131 0.00.041 0.30.351 0.20.261 0.20.271 0.30.381 0.10.191 0.20.21 01 0.20.2平均值1 0.1 8=0.1 8 根据重复测量结果,用公式(C.2)计算标准不确定度:uA=ni=1(n i-n)2n-1=0.0 9 2(C.2)式中:n 重复测量的次数;n i 相移的第i次测量值;n 相移n次测量结果的平均值。C.2.3 标准不确定度的B类评定41J J F1 5 7 02 0 1 6相移测量的B类不确定度主要来源于:a)比较法标准振动装置相移引入的标准不确定度分量依据振动标准装置检定系统表,比较法标准装置的频率范围在1 0 H z4 0 0H z,U=2(k=2)。故标准振动装置引入的标准不确定度分量:uB 1=U/k=1 b)移相器引入的标准不确定度分量根据移相器的功能,移相器引入的偏差主要在于分辨率和稳定性,按其最不利的情况考虑0.4,将其引入的标准不确定度按均匀分布估计,取包含因子k=3,故其引入的标准不确定度分量:uB 2=0.43=0.2 3 1 c)动态信号分析仪引入的标准不确定度分量根据动态信号分析仪A级要求,其通道一致性相差在1,将其引入的标准不确定度按均匀分布估计,取包含因子k=3,故动态信号分析仪引入的标准不确定度分量:uB 3=1/3=0.5 7 7 d)对其他因素的考虑在本规范规定的校准环境条件下,温度、湿度等参数引起的不确定度通常可忽略不计,其他仪器在相移误差测量中的贡献,已包含在标准器,或对不确定度贡献可忽略。C.2.4 合成标准不确定度相位校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表C.2中。表C.2 测量不确定度的来源及数值序号标准不确定度分量来源数值1uA重复性0.0 9 2 2uB 1标准振动装置相移1(1 0H z 4 0 0H z)3uB 2移相器误差0.2 3 1 4uB 3动态信号分析仪相移0.5 7 7 由于表C.3中各分量独立无关,故合成标准不确定度为:uc=u2A+u2B 1+u2B 2+u2B 3=1.1 8 C.2.5 扩展标准不确定度取k=2,则相位校准的扩展不确定度为:U=2uc=2.4 51J J F1 5 7 02 0 1 6