JJF 1352-2012 角位移传感器校准规范-（高清正版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 3 5 22 0 1 2角位移传感器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rA n g u l a r-P o s i t i o nT r a n s d u c e r s/S e n s o r s 2 0 1 2-0 6-1 8发布2 0 1 2-0 9-1 8实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布角位移传感器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rA n g u l a r-P o s i t i o nT r a n s d u c e r s/S e n s o r sJ J F1 3 5 22 0 1 2 归 口 单 位:全国几何量长度计量技术委员会 主要起草单位:陕西省计量科学研究院中国飞行试验研究院 参加起草单位:中航工业西安飞行自动控制研究所中航工业国营东方仪器厂 本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释J J F1 3 5 22 0 1 2本规范主要起草人:刘 莹(陕西省计量科学研究院)秦 宇(陕西省计量科学研究院)吴永红(中国飞行试验研究院)参加起草人:毛 毳(中国飞行试验研究院)刘元度(中航工业西安飞行自动控制研究所)韩军涛(中航工业国营东方仪器厂)J J F1 3 5 22 0 1 2目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语及定义(1)3.1 相位移(1)3.2 基准电气零位(1)3.3 零位电压(1)4 概述(1)5 计量特性(1)5.1 灵敏度(1)5.2 线性度(1)5.3 回程误差(1)5.4 重复性(2)5.5 纹波电压(2)5.6 零位电压(2)5.7 相位移(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 校准用的主要设备(2)7 校准项目和校准方法(3)7.1 装夹与接线(3)7.2 基准电气零位(3)7.3 校准点的确定(3)7.4 数据采集(3)7.5 灵敏度及截距(3)7.6 线性度(4)7.7 回程误差(5)7.8 重复性(5)7.9 纹波电压(5)7.1 0 零位电压(5)7.1 1 相位移(5)8 校准结果表达(5)9 复校时间间隔(6)J J F1 3 5 22 0 1 2附录A 交流差动变压器式角位移传感器角值误差的校准(7)附录B 交流差动变压器式角位移传感器线性度测量结果的不确定度评定(8)附录C 校准证书内容(1 2)J J F1 3 5 22 0 1 2引 言 本规范以J J F1 0 7 12 0 1 0 国家校准规范编写规则、G B/T1 8 4 5 92 0 0 1 传感器主要静态性能指标计算方法为主要编写依据。本规范是首次发布。J J F1 3 5 22 0 1 2角位移传感器校准规范1 范围本规范适用于电感式角位移传感器、差动变压器式角位移传感器(直流输入型、交流输入型)、电阻式角位移传感器、电容式角位移传感器静态性能指标的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:G B/T1 8 4 5 92 0 0 1 传感器主要静态性能指标计算方法J B/T9 2 5 61 9 9 9 电感位移传感器J B/T9 2 5 71 9 9 9 交流差动变压器式位移传感器J B/T9 2 5 81 9 9 9 直流差动变压器式位移传感器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 术语及定义3.1 相位移 p h a s es h i f t在线性工作范围内的最大行程处,角位移传感器的输出电压基波与输入电压基波在时间上的相位差。3.2 基准电气零位 e l e c t r i c a l n u l l角位移传感器输出电压满足相应的电压方程式,方程式中电气角为零时的转子位置即为基准电气零位。角位移传感器在该位置的输出电压为最小值。3.3 零位电压 n u l l v o l l t a g e角位移传感器的转子在基准电气零位时的输出电压,是输出电压的最小值。4 概述角位移传感器是一种能感受角位移量并转换成可用输出信号的测量仪器。按其工作原理可分为电阻式角位移传感器、电容式角移传感器、电感式角位移传感器、差动变压器式角位移传感器(直流输入型、交流输入型)等。各种角位移传感器的原理见图1。5 计量特性5.1 灵敏度5.2 线性度5.3 回程误差1J J F1 3 5 22 0 1 2图1 角位移传感器工作原理图5.4 重复性5.5 纹波电压5.6 零位电压5.7 相位移6 校准条件6.1 环境条件温度:(2 05),温度变化不大于2/h;湿度:相对湿度4 5%7 5%;校准时应避免外界磁场及机械振动。6.2 校准用的主要设备校准用的主要设备及技术要求见表1。表1 主要校准设备及技术要求序号设备名称技 术 要 求1分度装置示值误差4 2数字电压表MP E:D C V0.0 0 4%0.1%,A C V0.0 3%0.1%3稳定直流电源纹波电压0.5%4励磁电源频率1k H z 6k H z正弦波,波形失真度2%5相位计最小分度值0.1 注:由于仪器的准确度、操作方法和被校准角位移传感器计量特性不同,校准结果的不确定度会不同,可根据需要选择。2J J F1 3 5 22 0 1 27 校准项目和校准方法7.1 装夹与接线将被校准的角位移传感器的转轴通过专用的连接轴固定在分度装置的回转轴上,并使角位移传感器的转轴与分度装置的回转轴同轴,安装偏心不大于0.0 2mm,同时在角位移传感器外壳上夹上固定夹具,使其不得与角位移传感器的转轴一起转动。角位移传感器与校准用计量标准器的接线示例见图2。图2 接线示例图7.2 基准电气零位角位移传感器接通电源预热后,旋转分度装置找出角位移传感器的基准电气零位。对于单向角位移传感器,在传感器测量范围内旋转分度装置,读取数字电压表上角位移传感器的输出电压值,找出最小输出电压值从不变到突变的点,即为基准电气零位。对于双向角位移传感器,在传感器测量范围内旋转分度装置,读取数字电压表上角位移传感器的输出电压值,最小输出电压值点即为基准电气零位。7.3 校准点的确定在传感器全量程范围内,根据期望线性度的值不同,设定不同的测量点数n。线性度0.1%的角位移传感器,应在全量程范围(按量程均分)不少于1 1个受检点,线性度0.1%的角位移传感器,应在测量范围(按量程均分)不少于2 1个受检点。测量正行程和反行程往返一次为一个循环,根据期望线性度的值不同,设定不同的循环数m。线性度0.1%的角位移传感器应连续进行3个循环的测量,线性度0.1%的角位移传感器至少连续进行4个循环的测量。7.4 数据采集以基准电气零位为校准起始点,依次读取各校准点的输出电压值y和角度装置给出的角位移值R。角位移传感器在整个测量范围内有n个校准点,并进行m次循环校准。所记录数据记为yIi j,RIi j,yDi j,RDij,其中I为正向,D为反向,i为点序号,j为循环序号。7.5 灵敏度及截距各校准点的正、反行程示值的算术平均值分别按式(1)和式(2)计算。3J J F1 3 5 22 0 1 2yIi=1mmj=1yIi j(1)yDi=1mmj=1yDi j(2)式中:yIi j 正行程第i个校准点第j次输出值,i=1,2,n,j=1,2,m,V r m s;yDi j 反行程第i个校准点第j次输出值,i=1,2,n,j=1,2,m,V r m s。分别由yIi、yDi(i=1,2,n)所确定的曲线,称为正行程曲线和反行程曲线。各校准点的正行程和反行程输出值的算术平均值为:yi=12(yIi+yDi)(3)由yi为纵坐标、Ri为横坐标所确定的曲线称为角位移传感器的校准曲线。角位移传感器的参比直线采用最小二乘线性回归直线,线性方程式为:Yi=Y0+KRi(4)式中:Yi 角位移传感器在第i个校准点的线性回归值,V r m s;Y0 角位移传感器的截距,V r m s;K 角位移传感器的线性回归灵敏度,V r m s/();Ri 角位移传感器第i个校准点的角位移量,()。灵敏度K及截距Y0公式如下:K=nni=1Riyi-ni=1Rini=1yinni=1R2i-ni=1R()i2(5)Y0=ni=1yini=1R2i-ni=1Rini=1Riyinni=1R2i-ni=1R()i2(6)7.6 线性度由式(3)计算各校准点输出值的平均值yi,并由式(7)计算与最小二乘线性回归直线Yi的差值yi。yi=yi-Yi(7)传感器第i个受检点的线性度为:li=yi-YiYF S1 0 0%(8)YF S=YM-YN传感器的线性度为:4J J F1 3 5 22 0 1 2L=yim a xYF S1 0 0%(9)式中:YM 角位移传感器为上限值时m组正、反行程所测得的实际输出量的平均值,V r m s;YN 角位移传感器为下限值时m组正、反行程所测得的实际输出量的平均值,V r m s;YF S 输出信号量程,V r m s。在本规范中,角位移传感器的线性度采用的是最小二乘线性度,若被校准的角位移传感器标明是其他线性度时,应采用G B/T1 8 4 5 92 0 0 1 传感器主要静态性能指标计算方法附录A中计算线性度的测量结果作为最终评定结果。7.7 回程误差计算同一校准点中正行程输出值的算术平均值与反行程输出值的算术平均值之差:yHi=yIi-yDi(1 0)传感器的回程误差为:H=yHim a xYF S1 0 0%(1 1)7.8 重复性计算同一校准点中正行程或反行程输出值中最大值与最小值之差:ySi=ym a x-ym i n(1 2)传感器的重复性为:S=ySim a xC YF S1 0 0%(1 3)式中:C 极差系数。7.9 纹波电压在角位移传感器测量范围上、下限值上测量其输出电压的纹波电压有效值。7.1 0 零位电压把角位移传感器旋转至传感器所标识的基准电气零位附近,顺时针、逆时针旋转光学分度头,在数字电压表上读取所输出的最小电压值,即为零位电压。7.1 1 相位移把数字相位计的输入输出端同时并接到角位移传感器的激磁端,使数字相位计置零,然后把数字相位计的输出端接到角位移传感器的输出端,旋转角位移传感器到工作范围的上限处,读取相位差值,再旋转角位移传感器到工作范围的下限处,读取相位差值,取两个读取值中最大值为相位移。8 校准结果表达经校准的角位移传感器出具校准证书。校准证书内容见附录C。5J J F1 3 5 22 0 1 29 复校时间间隔角位移传感器的复校时间间隔,建议不超过1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。6J J F1 3 5 22 0 1 2附录A交流差动变压器式角位移传感器角值误差的校准被校对象:交流差动变压器式角位移传感器;灵敏度为0.1 5 65V r m s/();线性度为0.3 5%F S;零位电压为1 2mV;相位移5;误差带为0 0.1,3 8.5 0.2 7,中间点误差线性过渡。校准数据见表A.1。表A.1 交流差动变压器式角位移传感器校准数据序号角位移值Ri/()输出电压值/V r m s第一测回第二测回第三测回正行程反行程正行程反行程正行程反行程1-3 8.5-6.0 3 0-6.0 3 1-6.0 3 1-6.0 3 0-6.0 3 1-6.0 3 12-3 6-5.6 3 2-5.6 3 1-5.6 3 3-5.6 3 3-5.6 3 3-5.6 3 33-3 0-4.6 8 2-4.6 8 3-4.6 8 2-4.6 8 1-4.6 8 2-4.6 8 14-2 4-3.7 3 9-3.7 3 9-3.7 3 9-3.7 3 8-3.7 3 9-3.7 3 95-1 8-2.8 0 0-2.8 0 0-2.8 0 1-2.8 0 0-2.8 0 1-2.8 0 16-1 2-1.8 6 4-1.8 6 3-1.8 6 4-1.8 6 4-1.8 6 4-1.8 6 47-6-0.9 3 1-0.9 3 0-0.9 3 1-0.9 3 1-0.9 3 1-0.9 3 1800.0 0 00.0 0 00.0 0 00.0 0 00.0 0 00.0 0 0960.9 3 50.9 3 60.9 3 50.9 3 60.9 3 50.9 3 61 01 21.8 6 91.8 6 91.8 6 81.8 6 91.8 6 81.8 6 91 11 82.8 0 52.8 0 62.8 0 52.8 0 62.8 0 52.8 0 51 22 43.7 4 63.7 4 73.7 4 63.7 4 53.7 4 63.7 4 51 33 04.6 9 14.6 9 04.6 9 04.6 9 04.6 9 04.6 9 11 43 65.6 4 05.6 4 15.6 3 95.6 3 85.6 3 95.6 3 91 53 8.56.0 3 66.0 3 66.0 3 56.0 3 46.0 3 56.0 3 4 校 准 结 果:灵 敏 度 为0.1 5 64 V r m s/(),线 性 度 为0.1 1%F S,回 程 误 差 为0.0 1%F S,重复性为0.0 0 6%F S,零位电压为0.0 0 93V r m s,相位移为2.3。7J J F1 3 5 22 0 1 2附录B交流差动变压器式角位移传感器线性度测量结果的不确定度评定B.1 测量方法被校准的交流差动变压器式角位移传感器的测量范围为3 8.5,即线性度为0.3 5%。根据本规范使用分度值为2 的角度标准,采用数字多用表读取输出电压值,励磁电源是信号发生器,频率准确度为11 0-7。每隔6 取一个测量点,在角位移传感器全量程内取1 5个测量点,共测量3个测回。B.2 数学模型根据位移传感器校准特性的输出值yi和标准器读数Ri,取一个测量循环中的输出值yi和标准器读数Ri为一组,共三组,角位移传感器的参比直线采用最小二乘线性回归的直线,线性方程式为:Yi=Y0+KRi(B.1)式中:Yi 角位移传感器在第i个校准点处输出量的线性回归值,V r m s;Y0 角位移传感器的截距,V r m s;K 角位移传感器的灵敏度;Ri 角位移传感器第i个校准点的角位移量,()。灵敏度K及截距Y0公式如下:K=nni=1Riyi-ni=1Rini=1yinni=1R2i-(ni=1Ri)2(B.2)Y0=ni=1yini=1R2i-ni=1Rini=1Riyinni=1R2i-(ni=1Ri)2(B.3)式中:yi各校准点的正行程和反行程输出值的算术平均值,V r m s。由式(3)计算各校准点输出值的平均值yi,并由式(7)计算与最小二乘线性回归直线Yi的差值yi。yi=yi-Yi(B.4)传感器第i个受检点的线性度为:li=yi-YiYF S1 0 0%(B.5)YF S=YM-YN传感器的线性度为:L=yim a xYF S1 0 0%(B.6)8J J F1 3 5 22 0 1 2式中:YM 角位移传感器为上限值时3组正、反行程所测得的实际输出量的平均值,V r m s;YN 角位移传感器为下限值时3组正、反行程所测得的实际输出量的平均值,V r m s;YF S 输出信号量程,V r m s。B.3 方差和灵敏系数u2c(y)=ni=1f/xi2u2(xi)(B.7)根据线性度公式li=yi-YiYF S1 0 0%=yi-(Y0+KRi)YF S1 0 0%(B.8)则:u2(li)=c2yiu2(yi)+c2Y0u2(Y0)+c2Ku2(K)+2Y0KcY0u(Y0)cKu(K)+c2Riu2(Ri)cyi=1/YF S=1/1 2.0 6 6=0.0 8 28/V r m s;cRi=-K/YF S=-0.1 5 64/1 2.0 6 6=-0.0 1 29();cY0=-1/YF S=-0.0 8 28/V r m s;cK=-Ri/YF S=-3 8.5/1 2.0 6 6=-3.1 9 07/V r m s;Y0K=d1 2d1 1d2 2=0;取YF S=1 2.0 6 6V r m s;Ri=3 8.5。B.4 标准不确定度分量一览表标准不确定度分量见表B.1。表B.1 标准不确定度分量一览表标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度值u(xi)ci=f/xiciu(xi)u(K)灵敏系数K0引入的标准不确定度分量0.0 0 00 4V r m s/()-3.1 9 07()V r m s0.0 0 01u(Y0)截距Y0引入的标准不确定度分量0.0 0 10V r m s-0.0 8 28/V r m s0.0 0 01u(Ri)标准角位移引入的标准不确定度分量0.0 2 29 u1(Ri)光学分度头示值误差0.0 0 06 u2(Ri)角位移传感器安装偏心0.0 2 29-0.0 1 29/()0.0 0 03u(yi)电压输出值引入的标准不确定度分量0.0 0 21V r m su1(yi)数字电压表示值误差0.0 0 13V r m su2(yi)重复性0.0 0 16V r m s0.0 8 28/V r m s0.0 0 02uc0.0 4%9J J F1 3 5 22 0 1 2B.5 标准不确定度分量B.5.1 角位移传感器的灵敏系数K和截距Y0引入的标准不确定度分量u(K)和u(Y0)采用最小二乘法计算出的理论直线方程式Yi=Y0+KRi。u(Yi)=ni=1v2in-2 (n=1 5)(B.9)因各Yi独立,则u(Y0)=u(Yi)d1 1(B.1 0)u(K)=u(Yi)d2 2(B.1 1)其中:d1 1=ni=1R2inni=1R2i-ni=1R()i2(B.1 2)d2 2=nnni=1R2i-ni=1R()i2d1 2=ni=1Rinni=1R2i-ni=1R()i2具体的数据计算见表A.1。则:Y0=0.0 0 30V r m s u(Y0)=0.0 0 10K=0.1 5 64u(K)=0.0 0 00 4V r m s/()Y0K=d1 2d1 1d2 2=0B.5.2 标准角位移引入的标准不确定度分量u(Ri)B.5.2.1 光学分度头示值误差引入的标准不确定度分量u1(Ri)光学分度头示值误差为4,服从均匀分布,则:u1(Ri)=4/3=0.0 0 06 B.5.2.2 角位移传感器安装偏心引入的标准不确定度分量u2(Ri)角位移传感器安装偏心为0.0 2 mm,引起的安装偏心误差为:u2(Ri)=eR=0.0 2mm5 0mm2 0 62 6 5 =0.0 2 29 u(Ri)=u21(Ri)+u22(Ri)=0.0 0 062+0.0 2 292=0.0 2 29 B.5.3 电压输出值引入的标准不确定度分量u(yi)B.5.3.1 数字电压表示值误差引入的标准不确定度分量u1(yi)数字电压表的交流测量示值误差限为0.0 6%,满量程输出电压值是6.0 2 5V r m s,服从均匀分布,则:01J J F1 3 5 22 0 1 2ua(yi)=6.0 2 50.0 6%/3=0.0 0 21V r m s因输入电压也用数字电压表监测,输入电压为7.0V r m s,所以ub(yi)=7.00.0 6%/3=0.0 0 24V r m s因测量值取正、反行程3个测回的平均值,所以u1(yi)=u2a(yi)+u2b(yi)/6=0.0 0 212+0.0 0 242/6=0.0 0 13V r m sB.5.3.2 重复性引入的不确定度分量u2(yi)在同一校准点中正行程、反行程各测量3次,采用极差法计算重复性,数据见表B.2。表B.2 测量重复性数据测 量 次 数123正行程1.4 0 61.4 0 41.4 0 4反行程1.4 0 31.4 0 21.4 0 4u2(yi)=1.4 0 6-1.4 0 2/2.5 3=0.0 0 16V r m su(yi)=u21(yi)+u22(yi)=0.0 0 132+0.0 0 162=0.0 0 21V r m sB.6 合成标准不确定度u2(li)=c2yiu2(yi)+c2Y0u2(Y0)+c2Ku2(K)+2Y0KcY0u(Y0)cKu(K)+c2Riu2(Ri)u(li)=(-3.1 9 07)2 0.0 0 042+(-0.0 8 28)2 0.0 0 102+(-0.0 1 29)2 0.0 2 292+0.0 8 282 0.0 0 212=0.0 4%B.7 扩展不确定度取包含因子k=2,则有:Ur e l=k uc=20.0 4%=0.0 8%J J F1 3 5 22 0 1 2J J F1 3 5 22 0 1 2附录C校准证书内容校准证书应至少包括以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。