JJF 2083-2023 离心-振动复合装置校准规范.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 8 32 0 2 3离心-振动复合装置校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC e n t r i f u g a l-v i b r a t i o nC o m p o u n dD e v i c e s 2 0 2 3-1 0-1 2发布2 0 2 4-0 4-1 2实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布离心-振动复合装置校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC e n t r i f u g a l-v i b r a t i o nC o m p o u n dD e v i c e sJ J F2 0 8 32 0 2 3 归 口 单 位:全国惯性技术计量技术委员会 主要起草单位:扬州英迈克测控技术有限公司中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所浙江引领信息科技有限公司 参加起草单位:浙江大学德清先进技术与产业研究院北京晨晶电子有限公司 本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释J J F2 0 8 32 0 2 3本规范主要起草人:陈启山(扬州英迈克测控技术有限公司)董雪明(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)黄腾超(浙江引领信息科技有限公司)曾 吾(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)参加起草人:洪桂杰(浙江大学德清先进技术与产业研究院)田自生(扬州英迈克测控技术有限公司)汤 一(北京晨晶电子有限公司)J J F2 0 8 32 0 2 3目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)5 计量特性(2)5.1 复合加速度范围(2)5.2 转速示值误差(2)5.3 转速稳定性(2)5.4 最大线加速度幅值(2)5.5 线加速度幅值稳定性(2)5.6 振动台频率示值误差(2)5.7 振动台稳定性(2)5.8 振动台加速度波形失真度(3)5.9 振动台横向运动比(3)5.1 0 振动台最大加速度幅值(3)5.1 1 振动台信号噪声比(3)5.1 2 磁通密度(3)5.1 3 其他性能(3)6 校准条件(3)6.1 校准环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(8)9 复校时间间隔(9)附录A 校准证书内页格式(1 1)附录B 复合加速度测量不确定度评定示例(1 1)J J F2 0 8 32 0 2 3引 言J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成制定本规范的基础性系列规范。离心-振动复合装置主要用于加速度计动静态特性的校准,在航天、航空、核工业、船舶、兵器以及电子等行业得到一定的应用。目前国内尚无相应的技术规范,为满足加速度计校准的需要,参照J J G1 0 6 62 0 1 1 精密离心机和J J G2 9 82 0 1 5 标准振动台编写本规范。本规范为首次发布。J J F2 0 8 32 0 2 3离心-振动复合装置校准规范1 范围本规范规定了离心-振动复合装置的校准项目和校准方法。本规范适用于由精密离心机和标准振动台组成的离心-振动复合装置的校准,其线加速度范围:(-10 0 010 0 0)m/s2,正弦加速度范围:(-5 0 05 0 0)m/s2,频率范围:1 0H z 30 0 0H z。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G2 9 8 标准振动台检定规程J J G1 0 6 6 精密离心机检定规程J J F1 1 5 6 振动 冲击 转速计量术语及定义J J F1 6 7 5 惯性技术计量术语及定义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3.1 离心-振动复合装置 c e n t r i f u g a l-v i b r a t i o nc o m p o u n dd e v i c e能同时产生线加速度和正弦加速度的装置,通常由精密离心机、装在精密离心机回转平台上的标准振动台及相应的驱动与伺服控制系统组成。4 概述离心-振动复合装置是一种能同时产生线加速度和正弦加速度的装置。该装置可对线加速度计的动静态特性进行校准,也可对加速度计在承受一定的离心加速度下的动态特性进行校准和测试。复合装置通常由离心机及其控制系统、振动台及其驱动系统、振动台偏心伺服系统等组成。振动台通常采用电磁式或永磁式原理产生机械振动,并可靠安装在离心机回转工作平台的一定工作半径上;振动台驱动系统通常由信号发生器或具有信号发生和采集功能的测试分析系统、功率放大器等组成;振动台偏心伺服系统通常由偏心测量系统、偏心控制驱动系统等组成。离心-振动复合装置组成见图1。1J J F2 0 8 32 0 2 3图1 离心-振动复合装置组成1标准振动台;2回转平台;3主轴悬挂弹簧;4配重;5静压轴承;6隔振基础;7驱动电机;8离心机控制系统;9振动台中心伺服系统;1 0振动台驱动系统5 计量特性5.1 复合加速度范围复合加速度范围应满足出厂指标要求。5.2 转速示值误差在振动条件下,复合装置在额定转速和负载范 围内,其 转 速 示 值 误差 应 优 于0.0 1%。5.3 转速稳定性在振动条件下,复合装置在额定转速和负载范围内,以最大线加速度连续转动1 0 0s,在任一个1 0s的时间间隔内,其转速稳定性应优于0.0 1%。5.4 最大线加速度幅值在振动条件下,复合装置在额定转速和负载范围内,在振动台传感器安装位置所能达到的最大线加速度幅值应满足装置测量范围的要求。5.5 线加速度幅值稳定性在振动条件下,复合装置在额定转速和负载范围内,其线加速度幅值最大变化应不大于0.0 3%。5.6 振动台频率示值误差在离心条件下,复合装置的振动工作频率范围应满足装置的测量范围的要求。在工作频率范围内,其频率示值误差应优于0.1%。5.7 振动台稳定性复合装置在最大线加速度幅值下,在振动参考频率点(1 6 0H z、8 0H z等),以最大加速度幅值连续振动1 0 0s,在任一个1 0s的时间间隔内,频率最大变化应不大于0.1%,加速度幅值最大变化应不大于3%。2J J F2 0 8 32 0 2 35.8 振动台加速度波形失真度复合装置在最大线加速度幅值下,传感器安装位置的加速度波形失真度应不大于1 0%。注:在工作频率范围内,除参考点外,允许有(12)个横向振动比较大的频带,在该频带内允许最大横向振动比大于上述要求,其频带宽度应不大于横向振动比对应频率的2 0%。5.9 振动台横向运动比复合装置在最大线加速度幅值下,在振动台工作频率范围内,振动台面的横向振动比应满足:频率不大于1k H z时,传感器安装位置的横向运动比应不大于1 0%;频率大于1k H z时,传感器安装位置的横向运动比应不大于3 0%。注:在工作频率范围内,除参考点外,允许有(12)个横向振动比较大的频带,在该频带内允许最大横向振动比大于上述要求,其频带宽度应不大于横向振动比对应频率的1 0%。5.1 0 振动台最大加速度幅值复合装置的振动台最大加速度幅值应满足装置测量范围的要求。5.1 1 振动台信号噪声比复合装置的振动台面加速度信号噪声比应不小于5 5d B。5.1 2 磁通密度传感器安装位置的漏磁通密度应不大于5mT。5.1 3 其他性能复合装置的其他性能(包括主轴回转误差、主轴铅锤度误差、不平衡晃动误差、复合装置安装基础振动、工作台面噪声、工作台面磁场强度、工作台面水平度、最大工作负载等),应满足生产厂家的出厂指标,具体检测方法参见J J G1 0 6 62 0 1 1。6 校准条件6.1 校准环境条件a)环境温度:(2 03);b)相对湿度:2 0%8 0%;c)周围无强电磁场,无强震源,无腐蚀性气体。6.2 测量标准及其他设备测量标准及其他设备技术指标如表1所示。表1 测量标准及其他设备序号名称技术指标1加速度计测量范围:5 0 0m/s2测量不确定度:0.0 0 5%(k=2)2转速测量仪测量范围:2 0r/m i n 99 9 9r/m i n:0.2级测量范围:1 00 0 0r/m i n:0.1级3参考加速度计套组幅值范围:5 0 0m/s2频率范围:(2 020 0 0)H z测量不确定度:2%(k=2)3J J F2 0 8 32 0 2 3表1(续)序号名称技术指标4动态信号分析仪电压:1 0V带宽:(01 0 0)k H zA级5数字电压表(可选)电压:1 0V交直流电压幅值测量不确定度优于0.0 5%(k=2)6频率计(可选)测量不确定度优于0.0 1%(k=2)7三轴向加速度计套组幅值范围:5 0 0m/s2频率范围:(2 020 0 0)H z测量不确定度:3%(k=2)8特斯拉计测量不确定度优于2%(k=2)7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表2。表2 校准项目一览表序号校准项目校准项目1复合加速度范围7.2.12转速示值误差7.2.23转速稳定性7.2.34最大线加速度幅值7.2.45线加速度幅值稳定性7.2.56振动台频率示值误差7.2.67振动台稳定性7.2.78振动台加速度波形失真度7.2.89振动台横向振动比7.2.91 0振动台最大加速度幅值7.2.1 01 1振动台信号噪声比7.2.1 11 2磁通密度7.2.1 27.2 校准方法7.2.1 复合加速度范围将加速度计和参考加速度计安装在复合装置上,检查无误后给其上电。在复合装置线加速度和振动加速度范围内,选取最低、最高线加速度点和最低、最高振动加速度点。4J J F2 0 8 32 0 2 3控制复合装置中的精密离心机(此时振动台上电,但不工作),在每个线加速度点运行稳定时,控制振动台分别在选定的振动加速度点工作,测量加速度计和参考加速度计的输出。按公式(1)计算复合加速度:a=ac+av1+cv (1)式中:a 离心-振动复合装置产生的复合加速度,m/s2;ac 离心机产生的离心加速度,m/s2;av 振动台产生的振动加速度,m/s2;c 离心机转速,r a d/s;v 振动台角频率,r a d/s。选取最低线加速度点和最低振动加速度点时的a为复合加速度下限,最高线加速度点和最高振动加速度点时的a为复合加速度上限。7.2.2 转速示值误差振动台在参考频率1 6 0H z,最大负载和最大正弦加速度幅值下,在复合装置工作转速范围内,适当选取包括最高、最大转速点的不少于7个的转速连续转动,待离心机运行稳定后进行检测,按公式(2)计算出离心机转速的标称值n0与实测值n1之间的误差n。n=n0-n1n01 0 0%(2)式中:n 转速示值误差;n0 标称转速,r/m i n;n1 实测转速,r/m i n。7.2.3 转速稳定性振动台在参考频率1 6 0H z,最大负载和最大正弦加速度幅值下,复合装置在额定转速范围内,选取包括最大、最小转速在内的不少于5个点,连续转动,待离心机运行稳定后,每隔1 0s记录一次数据,连续记录1 1次,按公式(3)计算出离心机转速稳定性Sn。Sn=2(|n(i,i+1)|m a xni+ni+11 0 0%(3)式中:Sn 转速稳定性;|n(i,i+1)|m a x 1 0s内转速的最大变化量,r/m i n;ni,ni+1 1 0s内转速最大变化量对应的两个转速值,r/m i n。7.2.4 最大线加速度幅值振动台台面空载,把线加速度计刚性地安装在振动台台面中心,其输出接动态信号分析仪。振动台在参考频率1 6 0H z,最大正弦加速度幅值振动下,调节离心机转速,使振动台台面中心的线加速度值达到最大线加速度幅值,记录线加速度计输出。5J J F2 0 8 32 0 2 37.2.5 线加速度幅值稳定性把电容加速度计刚性地安装在振动台台面中心,其输出接动态信号分析仪。振动台在参考频率1 6 0H z,最大负载和最大正弦加速度幅值下,调节离心机转速,使向心加速度计达到最大线加速度幅值。待离心机旋转稳定后,每隔1 0s记录一次线加速度输出幅值,连续测量1 1次,其线加速度幅值在1 0s内的稳定性按公式(4)计算。Sa=2|a(i,i+1)|m a xai+ai+11 0 0%(4)式中:Sa 线加速度幅值稳定性;|a(i,i+1)|m a x 1 0s内线加速度幅值的最大变化量,m/s2;ai,ai+1 1 0s内加速度幅值最大变化量对应的两个加速度幅值,m/s2。7.2.6 振动台频率示值误差把参考加速度计刚性地安装在振动台台面中心,参考加速度计套组输出接到动态信号分析仪或数字电压表。振动台在最大线加速度幅值下,适当选取包括振动台工作频率范围上、下限及工作频率范围内的参考频率点在内的不少于1 0个频率值进行校准,按公式(5)计算出振动台频率的标称值与实测值之间的误差f。f=f0-f1f01 0 0%(5)式中:f 频率示值误差;f0 标称频率,H z;f1 实测频率,H z。7.2.7 振动台稳定性把参考加速度计刚性地安装在振动台台面中心,参考加速度计套组的输出接动态信号分析仪(或频率计和数字电压表)。振动台在最大线加速度幅值下,选取振动参考频率点(1 6 0H z、8 0H z等),测量该频率下的最大加速度幅值,每隔1 0s记录一次频率和加速度幅值,连续测量1 1次,其频率和加速度幅值在1 0s内的稳定性按公式(6)和公式(7)计算。Sf=2 f(i,i+1)m a xfi+fi+11 0 0%(6)式中:Sf 频率稳定性;|f(i,i+1)|m a x 1 0s内频率的最大变化量,H z;fi,fi+1 1 0s内频率的最大变化量对应的两个频率值,H z。Sa=2 a(i,i+1)m a xai+ai+11 0 0%(7)6J J F2 0 8 32 0 2 3 式中:Sa 加速度幅值稳定性;|a(i,i+1)|m a x 1 0s内加速度幅值的最大变化量,m/s2;ai,ai+1 1 0s内加速度幅值最大变化量对应的两个加速度幅值,m/s2。7.2.8 振动台加速度波形失真度把参考加速度计刚性地安装在振动台台面中心,参考加速度计套组的输出接动态信号分析仪。使离心机稳定工作于最大线加速度幅值情况下,在振动台系统工作频率范围内,适当选取包括频率范围上、下限及工作频率范围内的参考频率点在内的不少于1 0个频率值;在各频率的最大振动加速度幅值下,按公式(8)测量加速度波形失真度以及5.8要求的最大加速度波形失真度频率和频带宽度。=a22+a32+a42+a52a11 0 0%(8)式中:振动台加速度波形失真度;a1 基波的加速度幅值,m/s2;a2 二次谐波的加速度幅值,m/s2;a3 三次谐波的加速度幅值,m/s2;a4 四次谐波的加速度幅值,m/s2;a5 五次谐波的加速度幅值,m/s2。注:当五次谐波接近传感器的安装谐振频率时,安装谐振将增加加速度波形失真度测量的不确定度,此时建议采用激光干涉仪测量加速度波形失真度。7.2.9 振动台横向运动比把三轴向加速度计刚性地安装在振动台台面中心,三轴向加速度计套组(或由3个单向加速度计组成的正交测量套组)的输出接动态信号分析仪。在使离心机稳定工作于最大线加速度幅值情况下,在振动台系统工作频率范围内,适当选取包括频率范围上、下限及工作频率范围内的参考频率点在内的不少于1 0个频率值;在各频率的最大加速度幅值下,同时测量并记录3个方向的振动加速度信号,按公式(9)计算出横向运动比T,并测量横向运动比超过1 0%(1k H z)或3 0%(1k H z)的最大横向运动比频率和频带宽度。T=m a xtaT(t)az1 0 0%=m a xta2x(t)+a2y(t)az 1 0 0%(9)式中:T 最大横向运动比;aT(t)振动台垂直于主振方向平面内的横向加速度,m/s2;ax(t),ay(t)振动台垂直于主振方向平面内两个正交的横向的加速度,m/s2;az 振动台主振方向的加速度幅值,m/s2。7J J F2 0 8 32 0 2 37.2.1 0 振动台最大加速度幅值振动台台面空载,把参考加速度计刚性地安装在振动台台面中心,参考加速度计套组的输出接动态信号分析仪(或频率计和数字电压表)。振动台在最大线加速度幅值下,在振动台工作频率范围内选取包括上、下限频率点在内的不低于1 0个点的频率,调节振动台的驱动系统,测量该频率下,振动台台面中心能达到的最大加速度幅值,其结果应符合出厂的技术指标。7.2.1 1 振动台信号噪声比振动台台面空载时,把参考加速度计刚性地安装在振动台台面中心,参考加速度计套组的输出接动态信号分析仪(或频率计和数字电压表)。在使离心机稳定工作于最大线加速度幅值情况下,当振动台处于工作状态,功率放大器增益调至最大,而振动台无激励信号输入时,测量台面中心的加速度幅值a0,并按公式(1 0)计算出台面信噪比M。M=2 0 l gam a xa0(d B)(1 0)式中:am a x 振动台额定最大加速度幅值,m/s2;a0 无激励信号输入,台面中心的加速度幅值,m/s2。7.2.1 2 磁通密度离心-振动复合装置各系统通电,所有系统处于正常工作状态,用特斯拉计测量振动台台面传感器安装位置的磁通密度,测量5次,取平均值。8 校准结果表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告至少应包括以下信息:a)标题:“校准证书”或“校准报告”;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)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)校准装置的溯源性及有效性标识;j)校准环境的描述;k)校准结果说明;l)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;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,不准部分复制证书的声明。8J J F2 0 8 32 0 2 39 复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。送校单位可根据实际使用情况自主决定。9J J F2 0 8 32 0 2 3附录A校准证书内页格式一、校准项目校准环境条件温 度:相对湿度:%地点:其他:序号校准项目校准结果1复合加速度2转速示值误差3转速稳定性4最大线加速度幅值5线加速度幅值稳定性6振动台频率示值误差7振动台稳定性8振动台加速度波形失真度9振动台横向振动比1 0振动台最大加速度幅值1 1振动台信号噪声比1 2磁通密度 校准员:核检员:01J J F2 0 8 32 0 2 3附录B复合加速度测量不确定度评定示例B.1 测量模型如图1所示离心-振动复合装置产生的复合加速度可以表示为:a=ac+av1+cv (B.1)式中:a 离心-振动复合装置产生的复合加速度,m/s2;ac 离心机产生的离心加速度,m/s2;av 振动台产生的振动加速度,m/s2;c 离心机转速,r a d/s;v 振动台角频率,r a d/s。复合加速度测量不确定度分析模型为:u2c(a)=c2(ac)u2(ac)+c2(av)u2(av)+c2(c)u2(c)+c2(v)u2(v)(B.2)式中:c(ac)=1;c(av)=1+cv;c(c)=av/v;c(v)=-avc2v;u(a)复合加速度幅度测量不确定度;u(ac)离心机加速度幅度引入的不确定度;u(av)振动加速度幅度引入的不确定度;u(c)离心机转速引入的不确定度;u(v)振动台角频率引入的不确定度。代入公式(B.2)整理得:u2c(a)=u2(ac)+1+cv 2u2(av)+avv 2u2(c)+avc2v 2u2(v)(B.3)B.2 测量不确定度来源复合加速度测量不确定度来源为以下几个方面:(1)离心加速度幅度引入的不确定度分量u(ac),包括参考加速度计套组灵敏度幅值的稳定性、环境对标准加速度计灵敏度幅值的影响、数据采集系统测量不确定度,以离心机校准结果为准。(2)振动加速度幅度引入的不确定度分量u(av),包括参考加速度计套组测量不确定度、数据采集系统测量不确定度、振动台波形失真、非理想运动(如横向振动),11J J F2 0 8 32 0 2 3以振动台校准结果为准。(3)离心机转速引入的不确定度分量u(c),包括离心机转速示值误差、转速稳定性等影响,以转速校准结果为准。(4)振动台角频率引入的不确定度分量u(v),包括离心状态下振动台频率示值误差、振动台频率稳定性等。B.3 测量不确定度B.3.1 离心加速度幅度引入的不确定度u(ac)离心机输出加速度的测量不确定度直接参考离心机的检定结果。根据检定证书,离心机输出的加速度幅度的测量不确定度为51 0-6,认为是均匀分布,取k=3,则相对标准不确定度分量为u(ac)=51 0-6/3=2.91 0-6B.3.2 振动加速度幅度引入的不确定度u(av)振动台输出加速度的测量不确定度直接参考振动台的检定结果。根据检定证书,振动台输出的加速度幅度的测量不确定度为0.5%,认为是均匀分布,取k=3,则相对标准不确定度分量是:u(av)=0.5%/3=2.91 0-3B.3.3 离心机转速引入的不确定度u(c)离心机转速误差主要是由转速测量装置和方法决定的。采用“定角测时”法进行测量,即在转动固定角度时测量经过的时间。用公式表示为:c=/t 则测量的相对误差可以表示为:|c/c|=|/|+|t/t|其中时间t的测量采用高精度晶振,时间精度可达1 0-7s,取t=11 0-7s;角度则通过德国海德汉公司的R ON7 8 6光栅角度编码器测量,角度误差=2。设置角速度,使得t=1s时间内转过的角度=3 6 0。则角速度平均值的相对误差为:|c/c|=2/3 6 0+11 0-7/11.6 4 31 0-6 且为均匀分布,则:u(c)=1.6 4 31 0-6/3=0.9 51 0-6B.3.4 振动台角频率引入的不确定度u(v)在推荐频率处测量离心状态下振动台频率示值误差、离心状态下振动台稳定性。根据J J G2 9 82 0 1 5 标准振动台,采用比较法校准,频率示值误差取为u(v 1)=0.1%,频率稳定性误差取为u(v 2)=0.1%。认为振动台角频率引入的不确定度分量为正态分布,则u(v)=u2(v 1)+u2(v 2)/3=0.4 71 0-3B.4 测量不确定度汇总主要标准不确定度汇总见表B.1。21J J F2 0 8 32 0 2 3表B.1 主要标准不确定度汇总表不确定度分量不确定度来源评定方法分布k值u(ac)离心加速度幅度引入的不确定度B均匀3u(av)振动加速度幅度引入的不确定度B均匀3u(c)离心机转速引入的不确定度B均匀3u(v)振动台角频率引入的不确定度B正态3B.5 合成标准不确定度半径为2.5m的离心机,设置转速为c=1 0r a d/s时,产生加速度av=2 5 0m/s2,同时使得振动台在标准频率1 6 0H z处(即v=3 2 r a d/s)产生加速度约av=1 0 0m/s2。依此计算复合加速度测量不确定度:uc(a)=3.21 0-3m/s2B.6 扩展不确定度取k=2,则复合加速度幅度的扩展测量不确定度为U=k uc(a)=6.41 0-3m/s2(B.4)J J F2 0 8 32 0 2 3