力传感器的静态校准及测量不确定度评定

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1、工业计量测量不确定度·77·DOI:10.13228/j.boyuan.issn1002－1183.20140389力传感器的静态校准及测量不确定度评定王乐(航宇救生装备有限公司计量理化中心，湖北襄阳441003)摘要:文章对杠杆式力标准机的工作原理及力传感器的静态校准方法进行了介绍，指出了应用杠杆式力标准机校准力传感器时应注意的问题，并以压电式力传感器为例，对其测量不确定度进行了评定。关键词:力传感器;静态校准;测量不确定度评定文献标志码:B文章编号:1002－1183(2015)06－0077－04传感器是一种将被测量转换为与之对应的、易于测量、传输和处理信号的

2、装置。力传感器是传感器的一种，其优点是测量准确度高，测量范围宽，寿命长，结构简单，在力的测量和传送、称重技术、控制技术中广泛应用。力传感器利用将被测力作用在传感器的应变片等物质上，使这些物质发生变化并输出相对应的物理特征的量，再通过相应的测量电路反映出被测力的大小。而1—力点刀子;2—支点刀子;3—重点刀子;4—砝码;对力传感器的校准主要采用力标准机，力标准机5—升降机构;6—杠杆;7—测力仪;8—升降机构。是一种能产生标准力值的固定式标准器具，主要图1杠杆式力标准机结构原理示意图用于校准标准测力仪和力传感器。其中不大于1MN的力标准机，按结构型式可分为静重式、杠2

3、力传感器的静态校准过程及主要技术性杆式、液压式和叠加式四种结构型式。不同结构能计算型式的力标准机其力值范围不同，测量不确定度2.1校准过程也不同，本文以杠杆式力标准机和压电式力传感将力传感器安装固定到主机的平台上，按要器为例进行介绍。求将力传感器线连接好并预热，调整杠杆平衡，1杠杆式力标准机结构及静态校准原理通过控制台运行程序或按键来完成对力传感器施杠杆式力标准机主体结构由砝码、杠杆及主加额定负荷3次，再退回到零负荷，相隔1min机共三大部分组成，如图1所示。后，根据选定的负荷点，逐级递增施加负荷，直杠杆式力标准机是根据力的动力效应，将已到额定负荷，同时读取每个负荷

4、点输出值，以同知质量砝码的重量经不等臂杠杆放大来产生力值上的方式再逐级递减施加负荷，在每一级负荷退的装置。它采用不等臂杠杆力矩转换原理，长臂到后，保持一定时间，再读取输出值。连续重复端为加载部分，短臂端为测力部分。校准时先将进行至少3次，完成校准。被测的测力仪或传感器放到主机的试台上，杠杆2.2技术性能计算调平衡，然后选择负荷，施加相应的砝码，与此根据校准得到的测量数据，进行如下计算。同时杠杆失去平衡，向砝码方向倾斜，这时主机θo零点输出值Z:Z=×100%的升降机构将自动启动(或手动)，使杠杆重新达θf到平衡，所加负荷就施加在测力仪上了，读取校零点漂移Zd:记录力

5、传感器在30min内的零准值，一个负荷点加载完成。作者简介:王乐(1981—)，女，工程师;收稿日期:2014－12－25·78·测量不确定度2015年第25卷第6期θ0max－θ0min稳定，因为指示仪表的零点漂移将直接影响读点变化Zd=×100%θf数值。重复性Ｒ:对每一校准点，校准的进程示值的4力传感器测量不确定度的评定ΔθＲ重复性Ｒ=×100%θf4.1测量参数直线度L:对每一校准点，校准的进程示值与(1)测量依据:JJG391—2009《力传感器检ΔθL定规程》。标准值之差的绝对值L=×100%θf(2)测量环境条件:温度(20±5)℃，相对滞后H:对每一

6、校准点，校准的进程示值与回湿度:不大于80%。ΔθH(3)测量标准设备:主标准器为杠杆式力标程示值之差的绝对值H=×100%θf准机，辅助设备为数字万用表，如表1所示。输出灵敏度S:力传感器的额定输出值与激励表1测量标准设备的技术指标θf电压测量平均值的比值S=序号设备名称测量范围最大允许误差V1杠杆式力标准机1～100kN±0.03%FSS'－S2数字万用表0～1000V±(0.005%ＲD+0.0035%FS)长期稳定性Sb:Sb=×100%S式中:ΔθＲ为进程重复校准时各负荷点输出极差的(4)被测对象:力传感器。最大值;θf为力传感器的额定输出值;ΔθL为进程

7、力传感器的技术指标如表2所示。平均校准曲线与平均端点直线偏差的最大值;V为表2力传感器的技术指标力传感器加荷试验开始时和结束时激励电压测量设备名称设备编号型号测量范围/kN最大允许误差值的平均值;S'为力传感器上次校准时的输出灵敏力传感器010901BLＲ-10～100±0.3%FS度;S为力传感器的输出灵敏度。(5)测量过程:在规定环境条件下，将力传3力传感器校准时应注意的几个问题感器安装调整成工作状态，平稳安放于力标准机工作平台上，施加至少3次额度预负荷，每次加(1)力标准机的最大允许误差至少为被检力载荷后退回零负荷。相隔1min后按负荷递增顺序传感器最大允