JJF 2038-2023 加速度过载传感器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF20382023加速度过载传感器校准规范i i ii

i l i i ii

i l i l-

- -

-2023-

- -

-国

家

市

场

监

督

管

理

总

局 发

布JJF2038—2023i i i ii

i l iCalbratonSpecfcatonforAcceeratonlOveroadSensorsl

JJF20382023归

口

单

位:全国惯性技术计量技术委员会主要起草单位: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大学德清先进技术与产业研究院浙江引领信息科技有限公司北京晨晶电子有限公司参加起草单位:中国空空导弹研究院北京三驰惯性科技股份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JJF2038—2023本规范主要起草人: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)车双良

(浙江大学德清先进技术与产业研究院)黄腾超

(浙江引领信息科技有限公司)汤 一

(北京晨晶电子有限公司)参加起草人:张彩妮

(浙江引领信息科技有限公司)何海洋

(中国空空导弹研究院)潘锐锋

(北京三驰惯性科技股份有限公司)JJF2038—2023目 录11引言

………………………

(Ⅱ)111

范围……………………

(1)2

引用文件………………

(1)3

术语……………………

(1)4

概述……………………

(1)4.1

分类…………………

(1)4.2

用途…………………

(2)5

计量特性………………

(2)6

校准条件………………

(2)6.1

校准环境条件………………………

(2)6.2

校准用设备…………

(2)7

校准项目和校准方法…………………

(3)7.1

校准项目……………

(3)7.2

校准方法……………

(3)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

……………

(0)附录B

加速度过载传感器测量不确定度评定示例

…………………

(1)ⅠJJF2038—2023引 言JJF1001—2011

《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010

《国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1—2012

《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。加速度过载传感器广泛应用于国民经济各领域,国内尚没有相应的技术法规,结合加速度过载传感器特性校准的实际情况,参照JJF1116—2004

《线加速度计的精密离心机校准规范》

编写本规范。本规范为首次发布。ⅡJJF2038—2023加速度过载传感器校准规范1

范围(3本规范规定了加速度过

载

传感器

[频率范围为 0~100)Hz]校准项目和校准方(3法,适用于在给定加速度变化率小于100

m/s情况下的加速度过载传感器校准。2

引用文件本规范引用了下列文件:JJF1116—2004

线加速度计的精密离心机校准规范JJF1675—2017

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JJF1675—2017确立的以及下列术语、定义和符号适用于本规范。l i l3.1

加速度过载传感器

l i l一种能够测量或承受一定范围内加速度的仪表。l i l t3.2

通断类加速度过载传感器l i l t在一定的加速度作用下会闭合或者断开的一种加速度过载传感器。又称加速度过载开关。iii i3.3

横向灵敏度比

transversesenstviii i加速度过载传感器横向灵敏度与灵敏轴方向的灵敏度的百分比。它表征加速度过载传感器的质量优劣。3.4

工作阈值 workingthreshold通断类加速度过载传感器从一种状态变成另一种状态

(即从闭合变成断开或者从断开变成闭合)

所需的最小加速度。又称工作值。注:当给定的加速度大于等于该最小加速度时,通断类加速度过载传感器都会发生状态改变。4

概述4.1

分类加速度过载传感器按照其原理不同可以分为两类:一类是通断类加速度过载传感器,当给其施加一定的加速度时,该加速度过载传感器会闭合

(原状态是断开)

或者断开

(原状态是闭合);另一类是在全测量范围范围内有连续的电流或者电压等信号输出,通过数据采集器对该过载传感器的输出信号进行采集和处理,可以拟合得到其标度因数(也称灵敏度)、非线性度、二阶非线性系数等参数,为方便描述,这里称为非通断类加速度过载传感器。非通断类加速度过载传感器又可以分为应变式、压阻式、变电容式和伺服加速度计1序号计量特性备注1测量范围适用于非通断类加速度过载传感器2标度因数3零偏4非线性度5二阶非线性系数6横向灵敏度比7工作阈值适用于通断类加速度过载传感器8工作阈值分辨力9工作阈值重复性10导通电阻11绝缘电阻序号校准用设备技术指标用途1精密离心机0.1级测量范围非线性度二阶非线性系数横向灵敏度比表2表2

校准用设备及推荐技术指标2JJF2038—2023等类型。4.2

用途加速度过载传感器主要用于记录运动载体可承受的过载加速度,也用于一些触发类控制和低精度惯性控制。5

计量特性按照通断类和非通断类两种类型,加速度过载传感器的主要计量特性有所不同,如表1所示。表表1所示。表1

加速度过载传感器的主要计量特性6.1

校准环境条件21)

环境温度:(3±5)℃;22)

相对湿度:20%~85%;3)

周围无强电磁场,无强震源,无腐蚀性气体。6.2

校准用设备校准用设备及其技术指标如表2所示。序号项目名称校准方法1非通断类加速度过载传感器测量范围7.2.1.12非线性度7.2.1.23二阶非线性系数7.2.1.34零偏7.2.1.55标度因数7.2.1.46横向灵敏度比7.2.1.67通断类加速度过载传感器工作阈值7.2.2.18工作阈值分辨力7.2.2.29工作阈值重复性7.2.2.310导通电阻7.2.2.411绝缘电阻7.2.2.5序号校准用设备技术指标用途1精密离心机0.1级工作阈值工作阈值分辨力工作阈值重复性2加速度计重力场法校准装置5等零偏标度因数3振动台频率:20Hz~2kHz-2峰值加速度:500m·s横向灵敏度比4导通电阻测试仪测量范围:0.1mΩ~600mΩ0.2级导通电阻5绝缘电阻测试仪测量范围:0.010MΩ~500.000MΩ测量误差:±5%绝缘电阻JJF2038—2023表2(续表2(续)7.1

校准项目校准项目见表3。表3

校准项目一览表7.2表3

校准项目一览表7.2

校准方法7.2.1.1

测量范围

3序列用最小二乘法做线性拟合,直

线

上

对

应

拟序列用最小二乘法做线性拟合,直

线

上

对

应

拟

合

点

值

为Ei ,按

式

(

)、式

(

)计

算

其121

δ E=maxEi -Ei ()

a max-a min×100% ()在加速度过载传感器名义测量范围内选择不少于5个校准点

(必须包括名义测量范围上下限点),控制精密离心机到

设

定

的

校

准

点,

采

集

加

速

度

过

载

传

感

器

的

输

出,

并

取其平均值,然后控制精密离心机到下一个设定的校准点,并采集加速度过载传感器的输出,取其平均值,直到完成全部校准点的控制和采集。满足产品

技术指标要求的amax和amin为该加速度过载传感器测量范围的上限、下限。7.2.1.2

非线性度1)

将精密离心机上的分度装置

回

转

轴

调

整

到

垂

直

位

置,

加

速

度

过

载

传

感

器

通

过

安装夹具固定在工作台上,使加速度过

载

传

感

器

的

输

入

基

准

轴

与

分

度

装

置

的

回

转

轴

垂

直,并在回转过程中处于水平位置;2)

将精密离心机的分度装置置于0°,加速

度

过

载

传

感

器

的

输

入

基

准

轴

处

于

精

密

离心机工作半径方向,使加速度过载传感器和测试仪器、设备处于工作状态;3)

获得工作半径

(常用反算半径法,也可以通过测量计算得到);m4)

根据标准加速度点计算精密离心

机

转

速,设

置

转

速

点

[推

荐

转

速

点

数n>4

(m+2),其中m

是模型方程系数的个数],按转速点调整精密离心

机

转

速,

使

精

密

离

心

机转动,转速稳定后,在每个转速点上连续测量加速度过载传感器的输出值;5)

精密离心机达到加速度过载

传

感

器

的

测

量

范

围

上

限

后,

逐

点

降

低

精

密

离

心

机

转速,调整精密离心机分度装置上的加速度过载传感器安装夹具,绕精密离心机半径方向旋转180°,重复3)

和4)。6)

校准结果处理:计算在精密离

心

机

升

速

和

减

速

过

程

中

加

速

度

过

载

传

感

器

在

每

个测试点的输出值Ei。把测量所得的加速度输出值数据

序

列Ei相

对

于

实

际

给

定

的

加

速

度∧非线性度。∧NL= δE 2式中:δE ———残差绝对值的最大值;NL

———非线性度;amax

———加速度过载传感器的测量范围上限值;amin

———加速度过载传感器的测量范围下限值。7.2.1.3

二阶非线性系数1)

校准过程同7.2.1.2。2)

数据处理计算精密离心机升速和减速过程中加速度过载传感器在每个测试点的输出值Ei,把加速度过载传感器输出值数据序列相对于给定的加速度作三阶多项式拟合,可分离出二阶非线性系数K2等

(详细过程参考

JJF1116—2004

《线

加

速

度

计

的

精

密

离

心

机

校

准46312∑0Em +n

∑m0Em cos26312∑0Em +n

∑m0Em cos2mθn4nm= =

K 1=2

∑0Em sinmθn +n

∑m0Em sin3mθn ()

K 1 ()规范7.2.1.4

标度因数在重力场内进行多点翻滚法测

试,

以

分

离

加

速

度

过

载

传

感

器

模

型

方

程

的

各

项

系

数,包括零偏、标度因数等。对于多点翻滚法中校准点数的选取,通常为四点法或八点法。1)

加速度计重力场法校准装置

转

轴

处

于

水

平

位

置,

并

将

加

速

度

计

重

力

场

法

校

准

装置转到0°位置,加速度过载传感器安装到加速度计重力场法校准装置上,

输入基准轴位于水平方向,摆基准轴的正向垂直向上,输出基准轴与加速度计重力场法校准装置转轴平行。2)

加速度过载传感器上电预热,

输

出

稳

定

后

记

录

加

速

度

过

载

传

感

器

的

输

出

(稳

定时间参照加速度过载传感器的具体技术条件要求,每次采集数据量不少于5个,取平均,下同);nθm3)

按角度

增量θn=360/

转动加速度计重力场法校准装置,各转角依次为θn

、nθm2

n

、…、mθn

(

=0,1,2,

…,n-1),

在每一角位置上记录加速度过载传感器的输出值;4)

将加速度计重力场法校准装置旋转

到360°,

然

后

再

反

向

旋

转

加

速

度

计

重

力

场

法校准装置,按角度θn依次递减到0°,依次记录每一角位置上加速度过载传感器的输出值;5)

分别计算加速度计重力场法校准装置正转和反转时各位置输出值的平均值Em。6)

数据处理3按照式

()

计算标度因数:3n-1 n-1nm= =式中:K1 ———标度因数;Em ———加速度过载传感器在各位置时输出值的平均值;nθn ———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8等。n7.2.1.5

零偏1)

校准过程同7.2.1.4。2)

校准结果处理4按照式

()

计算零偏:4n-1 n-1K0=式中:K0———零偏。7.2.1.6

横向灵敏度比方法一:精密离心机法5a

×100%

()a

×100%

()S Z

×100%

()1)

将被校准加速度

过载传感器刚性安装在精密离心机专用工装上。如图1所示,测量加速度过载传感器输出,记为V1。2)

控制精密离心机到被校

准

加

速

度

过

载

传

感

器

的

最大加速度a,

测量加速度过载传感器输出,记为V2。53)

加速度过载传感器横向灵敏度按式

()

计算:5Sa

=V2-V1 5式中:Sa

———横向灵敏度,mV/(m·s-2);V2———被校准加速度过载传感器在精密离心机最大加速度时输出,mV;V1———被校准加速度过载传感器在精密离心机静止时输出,mV;a

———被校准加速度过载传感器的轴向加速度,m·s-2。4)

停止精密离心机,绕被校准加

速

度

过

载

传

感

器

的

灵

敏

度

轴

顺

时

针

转

动

一

个

角

度(在360°范围内以30°或45°为增量逐次旋转)。5)

重复1)~4),直到转动360°。6找出横向振动灵敏度最大值的方向,并做标记,得到其最大横向灵敏度STmax。6按式

()

计算加速度过载传感器的横向灵敏度比。TSR=STmax 6式中:TSR———横向灵敏度比,%;STmax———被校准加速度过载传感器的最大横向灵敏度,mV/(m·s-2);SZ ———被校准加速度过载传感器的轴向灵敏度,mV/(m·s-2)。图1

精密离心机法安装示意图6

1—离心机转轴;2—离心机转臂

(转盘);3—离心机台面测试用工装;4—加速度过载传感器方法二:振动法1)

将被校准加速度过载传感器刚

性

安

装

在

横

向

灵

敏

度

校

准

装

置

(如

振

动

台)台

面JJF2038—2023中心,如图2所示。2)

在参考幅值和频率

(推荐选8Hz)

下激振,并测试加速

度

过

载

传

感

器

灵

敏

轴

方向的横向灵敏度SZ。3)

在相同的幅值和频率下沿垂

直

于

灵

敏

轴

方

向

起

振,

并

使

被

校

准

加

速

度

过

载

传

感器绕其自身灵敏度轴转动,或使横向振动方向绕被校准加速度过载传感器的灵敏度轴转动

(在360°范围内以30°或

45°为增量逐次旋转),

找出横向振动灵敏度最大值的方向,并作标记,得到其最大横向灵敏度STmax。6按式

()

计算加速度过载传感器的横向灵敏度比。6图2

振动法安装示意图7.2.2

通断类加速度过载传感器7.2.2.1

工作阈值按照被校准加速度过载传感器的名义工作阈值,根据加速度过载传感器的使用不同分两种情况选择校准点。1)

适用于加速度上升段推荐从低于其名义工作阈值10%开始选择校准点,

依次增大加速度,

逐渐逼近名义工作阈值,越接近名义工作阈值,给定的加速度点间隔可以越小。2)

适用于加速度下降段推荐从高于其名义工作阈值10%开始选择校准点,

依次降低加速度,

逐渐逼近名义工作阈值,越接近名义工作阈值,给定的加速度点间隔可以越小。根据上面选定的校准点,控制精密离心机到设定的校准点,如果被校准加速度过载传感器闭合

(加速度过载传感器初始状态是断开,下同)

或者断开

(加速度过载传感器初始状态是闭合,下同),则记录该校准点对应的加速度值,并停止精密离心机;否则,继续控制精密离心机到下一个校准点,直到被校准加速度过载传感器闭合或者断开,记录此时精密离心机给定的加速度值,停止精密离心机运行。被校准加速度过载传感器闭合或者断开时精密离心机给定的加速度值就是该被校准加速度过载传感器的工作阈值。7.2.2.2

工作阈值分辨力用7.2.2.1方法对加速度过载传感器进行测试,记录所测得的工作阈值为

G,根据加速度过载传感器名义分辨力选取合适的加速度增量ΔG。1)

控制精密离心机加速度到G-ΔG,检查加速度过载传感器是否闭合或者断开。7JJF2038—20232)若加速度过载传感器没有出现闭合或者断开,则增加ΔG,重复1)。3)若加速度过载传感器出

现

闭

合

或

者

断

开,

控制精密离心机加速度到G,

检查加速度过载传感器是否闭合或者断开。4)若加速度过载传感器没有出现闭合或者断开,则重复2)。5)若加速度过载传感器出现闭合或者断开,则重复1)、3),共3次。取满足要求的ΔG

为加速度过载传感器工作阈值分辨力。7.2.2.3

工作阈值重复性 7n用7.2.2.1方法对加速度过载传感器进行测试,记录所测得的工作阈值 7nn

(≥6)

次。对每个工作阈值计算该次测试结果的平均值G及残差ui,见式

()。式中:ui———残差;

7ui=gi-G

()7σ=

∑u2n -σ=

∑u2n -1

()8gi———每次测量的实际显示值。8按公式

()

求出加速度过载传感器工作阈值重复性σ。8nii=1式中:n

———测量的次数;σ

———重复性。7.2.2.4

导通电阻连接加速度过载传感器每测试接点两端到导通电阻测试仪,控制精密离心机加速度到加速度过载传感器工作阈值,测量并记录导通电阻值。7.2.2.5

绝缘电阻连接加速度过载传感器每测试接点两端到绝缘电阻测试仪,测量并记录每测试接点两端的绝缘电阻值。8

校准结果表达8

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JJF2038—2023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。9

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。9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测量不确定度JJF2038—2023附录A校准证书内页格式证书编号::证书编号::

核检员: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附录B加速度过载传感器测量不确定度评定示例B.1

标度因数测量不确定度评定B.1.1

测量模型n-1 n-1nk= =式中:K1———标度因数;nEk———加速度过载传感器在各位置时输出值的平均值;nθn

———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8或者12等。B B这里以四点法为例,取n=4,则式

(.1)

可以简化为式

B BE式中:E90———加速度过载传感器在90°时输出值的平均值;E270———加速度过载传感器在270°时输出值的平均值。B.1.2

合成标准不确定度KEE BEEu(

1)=c290u2(

90)+c2270u2(

270KEE BEE式中:cE90=

1Eu(

90)———加速度过载传感器在90°时测量输出引入的不确定度;EcE270=-

1Eu(

270)———加速度过载传感器在270°时测量输出引入的不确定度。EB.1.3

标准不确定度评定B.1.3.1

加速度过载传感器测量输出引入的不确定度il .按B类标准不确定度评定,由

Kethey2002数字电压表的测量不确

定

il .10-6,包含因子k=2,则:E EB.1.4

合成标准不确定度K合成标准不确定度为:Kuc(

1)=8.5×10-7B.1.5

扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度为: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

零偏测量不确定度评估B.2.1

测量模型n-1 n-1K0=式中:K0———零偏;K1———标度因数;nEk———加速度过载传感器在各位置时输出值的平均值;nθn

———角度增量,θn

=360/

,n=4或者8或者12等。B B这里以四点法为例,取n=4,则式

(.4)

可以简化为式

B BK0=

1

E BB.2.2

合成标准不确定度KKKEE BEEu(

0)=c21u2(

1)+c290u2(

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

1)———加速度过载传感器标度因数测量引入的不确定度;KcE90=

1Eu(

90)———加速度过载传感器在90°时测量输出引入的不确定度;EcE270=

1Eu(

270)———加速度过载传感器在270°时测量输出引入的不确定度。EB.2.3

标准不确定度评定B.2.3.1

标度因数测量引入的不确定度参考B.1。B.2.3.2

加速度过载传感器输出测量引入的不确定度同B.1.3.1。B.2.4

合成标准不确定度Kuc(

0)=1.8×10-5KB.2.5

扩展不确定度KK取k=2,则扩展不确定度为:KKU(

0)=k·uc(

0)=3.6×10-5B.3

横向灵敏度比的不确定度B.3.1

测量模型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加速度过载传感器横向灵敏度按式

(.7)

计算:BSa

=V2-V1 B式中:Sa

———横向灵敏度,mV/(m·s-2);V2———被校准加速度过载传感器在精密离心机最大加速度时输出,mV;V1———被校准加速度过载传感器在精密离心机静止时输出,mV;a

———被校准加速度过载传感器的轴向加速度,m·s-2。B找出横向振动灵敏度最大值的方向,并作标记,得到其最大横向灵敏度STmax。B按式

(.8)

计算加速度过载传感器的横向灵敏度比。TSR=STmax B式中:TSR———横向灵敏度比,%;STmax———被校准加速度过载传感器的最大横向灵敏度,mV/(m·s-2);SZ ———被校准加速度过载传感器的轴向灵敏度,mV/(m·s-2)。B.3.2

不确定度分量B.3.2.1

加速度计自动测试系统加速度的标准不确定度1)

重力加速度的测量误差引

入

的

标

准

不

确

定

度。

通

过

专

业

部

门

测

量,

重

力

加

速

度2的测量精度达到10-8

m/s量级,可忽略。2a 2 2θθ2)

输入基准轴: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)

摆基准轴: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

加速度计输出测量引入的标准不确定度il .按B类标准不确定度评定,由

Kethey2002数字电压表的测量不确

定

il .10-6,包含因子k=2,则:BB.3.2.3

加速度计输出测量重复性引入的标准不确定度a采集加速度过载传感器的输出测