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1、振动比较法校准中加速度计灵敏度幅值校准不确定度的评估误差与不确定度振动比较法校准中加速度计灵敏度幅值校准不确定度的评估口中国计量科学研究院于梅孙桥一,概述加速度计参考灵敏度是加速度计套组(由加速度计与配套放大器组成)和振动测量仪最为关键的一项技术指标.振动比较法校准程序如下:将被校加速度计与标准加速度计背靠背刚性地安装在校准振动台的台面中心,采用正弦激励,将校准台调整到参考频率160Hz(或80Hz)和参考加速度100rids(或10m/s),选择放大器(电荷或电压)量程到合适的档位,则被校加速度计套组电输出与所承受的加速度之比即为加
2、速度计参考灵敏度幅值.电荷灵敏度的单位用pC/m?S表示;电压灵敏度用mV/m?S表示.本文参~ISO/FDIS16063—21"Vibrationcalibrationbycomparisontoareferencetransducer"中所推荐的加速度计灵敏度幅值相对扩展不确定度的评定方法和附录D.分别在给定参考条件下和通频带幅值范围内,评定被校加速度计套组灵敏度幅值校准的不确定度.二,实例描述被校加速度计套组由B&K公司生产的2635电荷放大器和4370~I速度计组成.输出接标准装置的HP34401A数字电压表,见图1.
3、在160Hz,lOnds参考条件下校准时,所用2635电荷放大器衰减挡100mV,Unit时的误差为0.20%.在加速度小于lO00nds和(20～2000)Hz频率范围内,其衰减挡最大误差为0.56%.该放大器归一化误差为0.16%.图1振动比较法测量系统结构示意图三,建立数学模型被校加速度计套组的输出电压为U::.×5:xS而了uI,~qS2=L,1L,×u,考虑到VR=V2:U2故被校传感器灵敏度S,为5.52=?式中:S——标准加速度计套组的灵敏度值;S_一被校加速度计的灵敏度值;S——与被校加速度计配套的电荷放大器的归一化值
4、;——标准加速度计套组输出的电压表读数;——被校加速度计输出的电压表读数;——电压输出比;111——标准加速度计套组的输出电压;U2——被校加速度计套组的输出电压:.——主振方向的加速度.在实际测量中,以下因素都会对灵敏度校准中电压比的测量引入不确定度:加速度计安装冈素(如:安装扭矩,传感器电缆的固定,模拟质量块带来的附加误差等);电荷放大器的归一化及衰减挡误差:振动台横向,摇摆和弯曲振动的影响;以及环境条件和试验温度等影响.所以采用比较法实现加速度计灵敏度测量的数学模型为:52:s1.V月.(12…,H)式中:ll-!~为其他影响量
5、对电压比测量带来的误差.由于上述各输入量之间独立,相对合成不确定度的表达式为:(5):—u~(S—2)2:(.曲(蕊))zS2口灵敏系数的绝对值均为C=1,所以:z(5)::((Xi))zS2'四,参考灵敏度幅值的相对扩展不确定度(一)相对标准不确定度1.由参考标准加速度计套组引入的标准不确定度分中国计量2O05.667技市管一}¨0}1Z0一(_,,^_l(_Z量Id.1标准加速度计套组的电荷灵敏度值溯源到国家中频振动基准.在160Hz参考频率点,激光绝对法的相对扩展不确定度为0.5%=2),因此标准不确定度的分量为:l=:0.25
6、%22.与被校加速度计配套的放大器衰减挡和归一化误差引入的标准不确定度分量U根据所需的10m/s2加速度和160Hz参考频率下被校加速度计灵敏度值,设定电荷放大器衰减挡.衰减挡的误差和归一化误差可以从电荷放大器检定证书中获得,合成误差值为0.26%,可认为是均匀分布,有:=o.15%.V33.电压比测量误差引入的标准不确定度分量U3从HP34401A电压表说明书得到,电压比V最大允许误差为±0.2%,可认为是均匀分布,有:j=:0.12%.V34.总谐波失真对电压测量的影响而引入的标准不确定度分量U校准振动台不能产生纯正弦运动,所以不
7、可避免地存在谐波失真.并且除谐波失真外还混杂有噪声及交流声.认为总谐波失真琥全是由3次谐波产生的,加速度谐波失真小于5%.由其带给电压测量的最大相对误差为:=±—:±0.56%.认为是均匀分布,有:0.56%:9i一X/30.32%.5.噪声对电压比测量的影响而引入的标准不确定度分量粗估由电压干扰噪声引入的误差为±0.02%,认为是均匀分布,故:Idj:—0.=02%:0.12%.,/36.横向,摇摆和弯曲振动对电压输出比的影响而引入的标准不确定度分量U横向振动影响为最大,中频标准振动台(比较法)检定规程JJG298—1995中规定.
8、台面中心横向加速度幅值不应大于主振方向加速度幅值的10%;压电加速度计检定规程JJG233—1996要求,参考标准加速度计振动最大横向灵敏度比应不大于2%;被测工作加速度计的振动最大横向灵敏度比应不大于5%.如果被校与标
