中華人民共和國國家計量技術規范JJF20382023加速度過載傳感器校準規范i i ii

i l i i ii

i l i l-

- -

-2023-

- -

-國

家

市

場

監

督

管

理

總

局 發

布JJF2038—2023i i i ii

i l iCalbratonSpecfcatonforAcceeratonlOveroadSensorsl

JJF20382023歸

口

單

位:全國慣性技術計量技術委員會主要起草單位:中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所浙江大學德清先進技術與產業研究院浙江引領信息科技有限公司北京晨晶電子有限公司參加起草單位:中國空空導彈研究院北京三馳慣性科技股份有限公司本規范委托全國慣性技術計量技術委員會負責解釋JJF2038—2023本規范主要起草人:董雪明

(中

國

航

空

工

業

集

團公司北京長城計量測試技術研究所)車雙良

(浙江大學德清先進技術與產業研究院)黃騰超

(浙江引領信息科技有限公司)湯 一

(北京晨晶電子有限公司)參加起草人:張彩妮

(浙江引領信息科技有限公司)何海洋

(中國空空導彈研究院)潘銳鋒

(北京三馳慣性科技股份有限公司)JJF2038—2023目 錄11引言

………………………

(Ⅱ)111

范圍……………………

(1)2

引用文件………………

(1)3

術語……………………

(1)4

概述……………………

(1)4.1

分類…………………

(1)4.2

用途…………………

(2)5

計量特性………………

(2)6

校準條件………………

(2)6.1

校準環境條件………………………

(2)6.2

校準用設備…………

(2)7

校準項目和校準方法…………………

(3)7.1

校準項目……………

(3)7.2

校準方法……………

(3)8

校準結果表達…………

(8)9

復校時間間隔…………

(9)附錄

A 校準證書內頁格式

……………

(0)附錄B

加速度過載傳感器測量不確定度評定示例

…………………

(1)ⅠJJF2038—2023引 言JJF1001—2011

《通用計量術語及定義》、JJF1071—2010

《國家計量校準規范編寫規則》、JJF1059.1—2012

《測量不確定度

評定與表示》共同構成制定本規范的基礎性系列規范。加速度過載傳感器廣泛應用于國民經濟各領域,國內尚沒有相應的技術法規,結合加速度過載傳感器特性校準的實際情況,參照JJF1116—2004

《線加速度計的精密離心機校準規范》

編寫本規范。本規范為首次發布。ⅡJJF2038—2023加速度過載傳感器校準規范1

范圍(3本規范規定了加速度過

載

傳感器

[頻率范圍為 0~100)Hz]校準項目和校準方(3法,適用于在給定加速度變化率小于100

m/s情況下的加速度過載傳感器校準。2

引用文件本規范引用了下列文件:JJF1116—2004

線加速度計的精密離心機校準規范JJF1675—2017

慣性技術計量術語及定義凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本

(包括所有的修改單)

適用于本規范。3

術語JJF1675—2017確立的以及下列術語、定義和符號適用于本規范。l i l3.1

加速度過載傳感器

l i l一種能夠測量或承受一定范圍內加速度的儀表。l i l t3.2

通斷類加速度過載傳感器l i l t在一定的加速度作用下會閉合或者斷開的一種加速度過載傳感器。又稱加速度過載開關。iii i3.3

橫向靈敏度比

transversesenstviii i加速度過載傳感器橫向靈敏度與靈敏軸方向的靈敏度的百分比。它表征加速度過載傳感器的質量優劣。3.4

工作閾值 workingthreshold通斷類加速度過載傳感器從一種狀態變成另一種狀態

(即從閉合變成斷開或者從斷開變成閉合)

所需的最小加速度。又稱工作值。注:當給定的加速度大于等于該最小加速度時,通斷類加速度過載傳感器都會發生狀態改變。4

概述4.1

分類加速度過載傳感器按照其原理不同可以分為兩類:一類是通斷類加速度過載傳感器,當給其施加一定的加速度時,該加速度過載傳感器會閉合

(原狀態是斷開)

或者斷開

(原狀態是閉合);另一類是在全測量范圍范圍內有連續的電流或者電壓等信號輸出,通過數據采集器對該過載傳感器的輸出信號進行采集和處理,可以擬合得到其標度因數(也稱靈敏度)、非線性度、二階非線性系數等參數,為方便描述,這里稱為非通斷類加速度過載傳感器。非通斷類加速度過載傳感器又可以分為應變式、壓阻式、變電容式和伺服加速度計1序號計量特性備注1測量范圍適用于非通斷類加速度過載傳感器2標度因數3零偏4非線性度5二階非線性系數6橫向靈敏度比7工作閾值適用于通斷類加速度過載傳感器8工作閾值分辨力9工作閾值重復性10導通電阻11絕緣電阻序號校準用設備技術指標用途1精密離心機0.1級測量范圍非線性度二階非線性系數橫向靈敏度比表2表2

校準用設備及推薦技術指標2JJF2038—2023等類型。4.2

用途加速度過載傳感器主要用于記錄運動載體可承受的過載加速度,也用于一些觸發類控制和低精度慣性控制。5

計量特性按照通斷類和非通斷類兩種類型,加速度過載傳感器的主要計量特性有所不同,如表1所示。表表1所示。表1

加速度過載傳感器的主要計量特性6.1

校準環境條件21)

環境溫度:(3±5)℃;22)

相對濕度:20%~85%;3)

周圍無強電磁場,無強震源,無腐蝕性氣體。6.2

校準用設備校準用設備及其技術指標如表2所示。序號項目名稱校準方法1非通斷類加速度過載傳感器測量范圍7.2.1.12非線性度7.2.1.23二階非線性系數7.2.1.34零偏7.2.1.55標度因數7.2.1.46橫向靈敏度比7.2.1.67通斷類加速度過載傳感器工作閾值7.2.2.18工作閾值分辨力7.2.2.29工作閾值重復性7.2.2.310導通電阻7.2.2.411絕緣電阻7.2.2.5序號校準用設備技術指標用途1精密離心機0.1級工作閾值工作閾值分辨力工作閾值重復性2加速度計重力場法校準裝置5等零偏標度因數3振動臺頻率:20Hz~2kHz-2峰值加速度:500m·s橫向靈敏度比4導通電阻測試儀測量范圍:0.1mΩ~600mΩ0.2級導通電阻5絕緣電阻測試儀測量范圍:0.010MΩ~500.000MΩ測量誤差:±5%絕緣電阻JJF2038—2023表2(續表2(續)7.1

校準項目校準項目見表3。表3

校準項目一覽表7.2表3

校準項目一覽表7.2

校準方法7.2.1.1

測量范圍

3序列用最小二乘法做線性擬合,直

線

上

對

應

擬序列用最小二乘法做線性擬合,直

線

上

對

應

擬

合

點

值

為Ei ,按

式

(

)、式

(

)計

算

其121

δ E=maxEi -Ei ()

a max-a min×100% ()在加速度過載傳感器名義測量范圍內選擇不少于5個校準點

(必須包括名義測量范圍上下限點),控制精密離心機到

設

定

的

校

準

點,

采

集

加

速

度

過

載

傳

感

器

的

輸

出,

并

取其平均值,然后控制精密離心機到下一個設定的校準點,并采集加速度過載傳感器的輸出,取其平均值,直到完成全部校準點的控制和采集。滿足產品

技術指標要求的amax和amin為該加速度過載傳感器測量范圍的上限、下限。7.2.1.2

非線性度1)

將精密離心機上的分度裝置

回

轉

軸

調

整

到

垂

直

位

置,

加

速

度

過

載

傳

感

器

通

過

安裝夾具固定在工作臺上,使加速度過

載

傳

感

器

的

輸

入

基

準

軸

與

分

度

裝

置

的

回

轉

軸

垂

直,并在回轉過程中處于水平位置;2)

將精密離心機的分度裝置置于0°,加速

度

過

載

傳

感

器

的

輸

入

基

準

軸

處

于

精

密

離心機工作半徑方向,使加速度過載傳感器和測試儀器、設備處于工作狀態;3)

獲得工作半徑

(常用反算半徑法,也可以通過測量計算得到);m4)

根據標準加速度點計算精密離心

機

轉

速,設

置

轉

速

點

[推

薦

轉

速

點

數n>4

(m+2),其中m

是模型方程系數的個數],按轉速點調整精密離心

機

轉

速,

使

精

密

離

心

機轉動,轉速穩定后,在每個轉速點上連續測量加速度過載傳感器的輸出值;5)

精密離心機達到加速度過載

傳

感

器

的

測

量

范

圍

上

限

后,

逐

點

降

低

精

密

離

心

機

轉速,調整精密離心機分度裝置上的加速度過載傳感器安裝夾具,繞精密離心機半徑方向旋轉180°,重復3)

和4)。6)

校準結果處理:計算在精密離

心

機

升

速

和

減

速

過

程

中

加

速

度

過

載

傳

感

器

在

每

個測試點的輸出值Ei。把測量所得的加速度輸出值數據

序

列Ei相

對

于

實

際

給

定

的

加

速

度∧非線性度。∧NL= δE 2式中:δE ———殘差絕對值的最大值;NL

———非線性度;amax

———加速度過載傳感器的測量范圍上限值;amin

———加速度過載傳感器的測量范圍下限值。7.2.1.3

二階非線性系數1)

校準過程同7.2.1.2。2)

數據處理計算精密離心機升速和減速過程中加速度過載傳感器在每個測試點的輸出值Ei,把加速度過載傳感器輸出值數據序列相對于給定的加速度作三階多項式擬合,可分離出二階非線性系數K2等

(詳細過程參考

JJF1116—2004

《線

加

速

度

計

的

精

密

離

心

機

校

準46312∑0Em +n

∑m0Em cos26312∑0Em +n

∑m0Em cos2mθn4nm= =

K 1=2

∑0Em sinmθn +n

∑m0Em sin3mθn ()

K 1 ()規范7.2.1.4

標度因數在重力場內進行多點翻滾法測

試,

以

分

離

加

速

度

過

載

傳

感

器

模

型

方

程

的

各

項

系

數,包括零偏、標度因數等。對于多點翻滾法中校準點數的選取,通常為四點法或八點法。1)

加速度計重力場法校準裝置

轉

軸

處

于

水

平

位

置,

并

將

加

速

度

計

重

力

場

法

校

準

裝置轉到0°位置,加速度過載傳感器安裝到加速度計重力場法校準裝置上,

輸入基準軸位于水平方向,擺基準軸的正向垂直向上,輸出基準軸與加速度計重力場法校準裝置轉軸平行。2)

加速度過載傳感器上電預熱,

輸

出

穩

定

后

記

錄

加

速

度

過

載

傳

感

器

的

輸

出

(穩

定時間參照加速度過載傳感器的具體技術條件要求,每次采集數據量不少于5個,取平均,下同);nθm3)

按角度

增量θn=360/

轉動加速度計重力場法校準裝置,各轉角依次為θn

、nθm2

n

、…、mθn

(

=0,1,2,

…,n-1),

在每一角位置上記錄加速度過載傳感器的輸出值;4)

將加速度計重力場法校準裝置旋轉

到360°,

然

后

再

反

向

旋

轉

加

速

度

計

重

力

場

法校準裝置,按角度θn依次遞減到0°,依次記錄每一角位置上加速度過載傳感器的輸出值;5)

分別計算加速度計重力場法校準裝置正轉和反轉時各位置輸出值的平均值Em。6)

數據處理3按照式

()

計算標度因數:3n-1 n-1nm= =式中:K1 ———標度因數;Em ———加速度過載傳感器在各位置時輸出值的平均值;nθn ———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8等。n7.2.1.5

零偏1)

校準過程同7.2.1.4。2)

校準結果處理4按照式

()

計算零偏:4n-1 n-1K0=式中:K0———零偏。7.2.1.6

橫向靈敏度比方法一:精密離心機法5a

×100%

()a

×100%

()S Z

×100%

()1)

將被校準加速度

過載傳感器剛性安裝在精密離心機專用工裝上。如圖1所示,測量加速度過載傳感器輸出,記為V1。2)

控制精密離心機到被校

準

加

速

度

過

載

傳

感

器

的

最大加速度a,

測量加速度過載傳感器輸出,記為V2。53)

加速度過載傳感器橫向靈敏度按式

()

計算:5Sa

=V2-V1 5式中:Sa

———橫向靈敏度,mV/(m·s-2);V2———被校準加速度過載傳感器在精密離心機最大加速度時輸出,mV;V1———被校準加速度過載傳感器在精密離心機靜止時輸出,mV;a

———被校準加速度過載傳感器的軸向加速度,m·s-2。4)

停止精密離心機,繞被校準加

速

度

過

載

傳

感

器

的

靈

敏

度

軸

順

時

針

轉

動

一

個

角

度(在360°范圍內以30°或45°為增量逐次旋轉)。5)

重復1)~4),直到轉動360°。6找出橫向振動靈敏度最大值的方向,并做標記,得到其最大橫向靈敏度STmax。6按式

()

計算加速度過載傳感器的橫向靈敏度比。TSR=STmax 6式中:TSR———橫向靈敏度比,%;STmax———被校準加速度過載傳感器的最大橫向靈敏度,mV/(m·s-2);SZ ———被校準加速度過載傳感器的軸向靈敏度,mV/(m·s-2)。圖1

精密離心機法安裝示意圖6

1—離心機轉軸;2—離心機轉臂

(轉盤);3—離心機臺面測試用工裝;4—加速度過載傳感器方法二:振動法1)

將被校準加速度過載傳感器剛

性

安

裝

在

橫

向

靈

敏

度

校

準

裝

置

(如

振

動

臺)臺

面JJF2038—2023中心,如圖2所示。2)

在參考幅值和頻率

(推薦選8Hz)

下激振,并測試加速

度

過

載

傳

感

器

靈

敏

軸

方向的橫向靈敏度SZ。3)

在相同的幅值和頻率下沿垂

直

于

靈

敏

軸

方

向

起

振,

并

使

被

校

準

加

速

度

過

載

傳

感器繞其自身靈敏度軸轉動,或使橫向振動方向繞被校準加速度過載傳感器的靈敏度軸轉動

(在360°范圍內以30°或

45°為增量逐次旋轉),

找出橫向振動靈敏度最大值的方向,并作標記,得到其最大橫向靈敏度STmax。6按式

()

計算加速度過載傳感器的橫向靈敏度比。6圖2

振動法安裝示意圖7.2.2

通斷類加速度過載傳感器7.2.2.1

工作閾值按照被校準加速度過載傳感器的名義工作閾值,根據加速度過載傳感器的使用不同分兩種情況選擇校準點。1)

適用于加速度上升段推薦從低于其名義工作閾值10%開始選擇校準點,

依次增大加速度,

逐漸逼近名義工作閾值,越接近名義工作閾值,給定的加速度點間隔可以越小。2)

適用于加速度下降段推薦從高于其名義工作閾值10%開始選擇校準點,

依次降低加速度,

逐漸逼近名義工作閾值,越接近名義工作閾值,給定的加速度點間隔可以越小。根據上面選定的校準點,控制精密離心機到設定的校準點,如果被校準加速度過載傳感器閉合

(加速度過載傳感器初始狀態是斷開,下同)

或者斷開

(加速度過載傳感器初始狀態是閉合,下同),則記錄該校準點對應的加速度值,并停止精密離心機;否則,繼續控制精密離心機到下一個校準點,直到被校準加速度過載傳感器閉合或者斷開,記錄此時精密離心機給定的加速度值,停止精密離心機運行。被校準加速度過載傳感器閉合或者斷開時精密離心機給定的加速度值就是該被校準加速度過載傳感器的工作閾值。7.2.2.2

工作閾值分辨力用7.2.2.1方法對加速度過載傳感器進行測試,記錄所測得的工作閾值為

G,根據加速度過載傳感器名義分辨力選取合適的加速度增量ΔG。1)

控制精密離心機加速度到G-ΔG,檢查加速度過載傳感器是否閉合或者斷開。7JJF2038—20232)若加速度過載傳感器沒有出現閉合或者斷開,則增加ΔG,重復1)。3)若加速度過載傳感器出

現

閉

合

或

者

斷

開,

控制精密離心機加速度到G,

檢查加速度過載傳感器是否閉合或者斷開。4)若加速度過載傳感器沒有出現閉合或者斷開,則重復2)。5)若加速度過載傳感器出現閉合或者斷開,則重復1)、3),共3次。取滿足要求的ΔG

為加速度過載傳感器工作閾值分辨力。7.2.2.3

工作閾值重復性 7n用7.2.2.1方法對加速度過載傳感器進行測試,記錄所測得的工作閾值 7nn

(≥6)

次。對每個工作閾值計算該次測試結果的平均值G及殘差ui,見式

()。式中:ui———殘差;

7ui=gi-G

()7σ=

∑u2n -σ=

∑u2n -1

()8gi———每次測量的實際顯示值。8按公式

()

求出加速度過載傳感器工作閾值重復性σ。8nii=1式中:n

———測量的次數;σ

———重復性。7.2.2.4

導通電阻連接加速度過載傳感器每測試接點兩端到導通電阻測試儀,控制精密離心機加速度到加速度過載傳感器工作閾值,測量并記錄導通電阻值。7.2.2.5

絕緣電阻連接加速度過載傳感器每測試接點兩端到絕緣電阻測試儀,測量并記錄每測試接點兩端的絕緣電阻值。8

校準結果表達8

校準結果應在校準證書或校準報告上反映。校準證書或報告至少應包括以下信息:a)

標題:“校準證書”

或

“校準報告”;b)

實驗室名稱和地址;c)

進行校準的地點

(如果與實驗室的地址不同);d)

證書或報告的唯一標識

(如編號),每頁及總頁數的標識;e)

客戶的名稱和地址;f)

被校對象的描述和明確標識;g)

進行校準的日期,如果與校準

結

果

的

有

效

性

和

應

用

有

關

時,

應

說

明

被

校

對

象

的JJF2038—2023接收日期;h)

校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;i)

校準裝置的溯源性及有效性標識;j)

校準環境的描述;k)

校準結果說明;l)

校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識;m)

校準結果僅對被校對象有效的聲明;n)

未經實驗室書面批準,不準部分復制證書的聲明。9

復校時間間隔建議復校時間間隔為1年。送校單位可根據實際使用情況自主決定。9校準環境條件溫

度:

℃相對濕度:

%地點:其他:序號校準項目校準結果測量不確定度JJF2038—2023附錄A校準證書內頁格式證書編號::證書編號::

核檢員:106BB12

K 1=2

∑0Ek sinkθ6BB12

K 1=2

∑0Ek sinkθn +n

∑k0Ek sin3kθn (.1)

K 1= (

90-E 270) (.2)2;2;u (

90)=u

(

270)=2.4×10-6

2 =1.2×10-6附錄B加速度過載傳感器測量不確定度評定示例B.1

標度因數測量不確定度評定B.1.1

測量模型n-1 n-1nk= =式中:K1———標度因數;nEk———加速度過載傳感器在各位置時輸出值的平均值;nθn

———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8或者12等。B B這里以四點法為例,取n=4,則式

(.1)

可以簡化為式

B BE式中:E90———加速度過載傳感器在90°時輸出值的平均值;E270———加速度過載傳感器在270°時輸出值的平均值。B.1.2

合成標準不確定度KEE BEEu(

1)=c290u2(

90)+c2270u2(

270KEE BEE式中:cE90=

1Eu(

90)———加速度過載傳感器在90°時測量輸出引入的不確定度;EcE270=-

1Eu(

270)———加速度過載傳感器在270°時測量輸出引入的不確定度。EB.1.3

標準不確定度評定B.1.3.1

加速度過載傳感器測量輸出引入的不確定度il .按B類標準不確定度評定,由

Kethey2002數字電壓表的測量不確

定

il .10-6,包含因子k=2,則:E EB.1.4

合成標準不確定度K合成標準不確定度為:Kuc(

1)=8.5×10-7B.1.5

擴展不確定度取包含因子k=2,則擴展不確定度為:1112∑0Ek +n

∑k0Ek cos2kθnB12∑0Ek +n

∑k0Ek cos2kθnBnk= =

K 1 (.4)

2K 1(

90+E 270) (.5)

4K ;

2K 1;

2K 1;KKU(

1)=k·uc(

1)=1.7×10-6KKB.2

零偏測量不確定度評估B.2.1

測量模型n-1 n-1K0=式中:K0———零偏;K1———標度因數;nEk———加速度過載傳感器在各位置時輸出值的平均值;nθn

———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8或者12等。B B這里以四點法為例,取n=4,則式

(.4)

可以簡化為式

B BK0=

1

E BB.2.2

合成標準不確定度KKKEE BEEu(

0)=c21u2(

1)+c290u2(

90)+c2270u2(KKKEE BEE式中:cK1=-E90+E270Ku(

1)———加速度過載傳感器標度因數測量引入的不確定度;KcE90=

1Eu(

90)———加速度過載傳感器在90°時測量輸出引入的不確定度;EcE270=

1Eu(

270)———加速度過載傳感器在270°時測量輸出引入的不確定度。EB.2.3

標準不確定度評定B.2.3.1

標度因數測量引入的不確定度參考B.1。B.2.3.2

加速度過載傳感器輸出測量引入的不確定度同B.1.3.1。B.2.4

合成標準不確定度Kuc(

0)=1.8×10-5KB.2.5

擴展不確定度KK取k=2,則擴展不確定度為:KKU(

0)=k·uc(

0)=3.6×10-5B.3

橫向靈敏度比的不確定度B.3.1

測量模型12u (i

0°)=u

(i

180°)=6.5×10gaau (

)

2.4×10-6-a0)2Bau (i

0°)=u

(i

180°)=6.5×10gaau (

)

2.4×10-6-a0)2Ba

a ×100% (.7)

S Z

×100% (.8)

E 90°

=

2 =1.2×10-6 (.11)

u ()=

∑(a

N (N

-1)

=7.4×10-7 (.12)B加速度過載傳感器橫向靈敏度按式

(.7)

計算:BSa

=V2-V1 B式中:Sa

———橫向靈敏度,mV/(m·s-2);V2———被校準加速度過載傳感器在精密離心機最大加速度時輸出,mV;V1———被校準加速度過載傳感器在精密離心機靜止時輸出,mV;a

———被校準加速度過載傳感器的軸向加速度,m·s-2。B找出橫向振動靈敏度最大值的方向,并作標記,得到其最大橫向靈敏度STmax。B按式

(.8)

計算加速度過載傳感器的橫向靈敏度比。TSR=STmax B式中:TSR———橫向靈敏度比,%;STmax———被校準加速度過載傳感器的最大橫向靈敏度,mV/(m·s-2);SZ ———被校準加速度過載傳感器的軸向靈敏度,mV/(m·s-2)。B.3.2

不確定度分量B.3.2.1

加速度計自動測試系統加速度的標準不確定度1)

重力加速度的測量誤差引

入

的

標

準

不

確

定

度。

通

過

專

業

部

門

測

量,

重

力

加

速

度2的測量精度達到10-8

m/s量級,可忽略。2a 2 2θθ2)

輸入基準軸:u(i)=g·

cos

·

uθ+uθ0

=6.5×10-6·

cos

a 2 2θθ-6 Baau(i90°)=u(i270°)=0 Baa iθ 2 2θ ia3)

擺基準軸:u(p

)=g·

sn

·

uθ+uθ0

=6.5×10-6 iθ 2 2θ iaau(p0°)=0a Bau(p90°)=6.5×10-6g BaB.3.2.2

加速度計輸出測量引入的標準不確定度il .按B類標準不確定度評定,由

Kethey2002數字電壓表的測量不確

定

il .10-6,包含因子k=2,則:BB.3.2.3

加速度計輸出測量重復性引入的標準不確定度a采集加速度過載傳感器的輸出測