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中华人民共和国工业和信息化部轻工计量技术规范JJF（轻工）XXXXXXXX电动自行车电机测功机校准规范Calibration Specification forEquipment of Power Measuring of Electric Bicycle（报批稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中华人民共和国工业和信息化部 发 布(轻工) JJF（轻工）XXXXXXXXJJF（轻工）XXXX-20XX电动自行车电机测功机校准规范Calibration Specification for Equipmentof Power Measuring of Electric Bicycle归 口 单 位：中国轻工业联合会主要起草单位：国家自行车电动自行车质量监督检验中心 天津市轻工标准计量检测所参加起草单位：天津市自行车研究院 本规范委托主要起草单位负责解释本规范主要起草人： 戴戌贤（国家自行车电动自行车质量监督检验中心） 王 羽（国家自行车电动自行车质量监督检验中心）黄 伟（国家自行车电动自行车质量监督检验中心）周恩源（天津市轻工标准计量检测所） 参加起草人： 孙 搏（天津市自行车研究院） 周 伟（天津市自行车研究院） 陈 玮（天津市自行车研究院）目 录引言（）1 范围 （1）2 引用文件 （1）3 概述 （1）4 计量特性 （1）4.1 测功机转矩误差 （1）4.2 测功机转速误差 （2）4.3 测功机输出电压示值误差 （2）4.4 测功机输出电流的示值误差 （2）5 校准条件 （2）5.1 环境条件 （2）5.2 测量标准及其他设备 （2）5.3 其他条件 （2）6 校准项目和校准方法 （2）6.1 校准项目 （2）6.2 测量点的选择 （3）6.3 测功机转矩误差的校准 （3）6.4 测功机转速误差的校准 （4）6.5 测功机输出电压示值误差的校准 （4）6.6 测功机输出电流示值误差的校准 （5）7 校准结果表达 （6）8 复校时间间隔 （6）附录A 电机测功机示值误差测量不确定度评定示例(参考件)（7）引 言JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则、JJF 1001-2011通用计量术语及定义、JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示、共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范附录A“电机测功机示值误差测量不确定度评定示例”为参考件（资料性附录）。本规范为首次发布。II电动自行车电机测功机校准规范1 范围本规范适用于测量上限200Nm以内的电动自行车电机测功机首次校准和使用中校准。其他同类型测功机的校准可参照本规范执行。2 引用文件本规范引用下列文献：JJF 1071-2010 国家计量校准规范编写规则JJF 1059.1 测量不确定度评定与表示GB/T 12742 自行车检测设备和器具技术条件GB 17761 电动自行车通用技术条件JJG 653-2003 测功装置检定规程JJF 1587-2016 数字多用表校准规范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 概述图1 电机测功机结构示意图1定子；2转速n；3实心转子；4底座；5支架；6校准专用砝码；7直流电源输入输出端子；8转矩转速显示器；9电流电压显示器；10控制柜；11监控屏；12力臂杠杆；13转矩M13126241357981011电动自行车电机测功机（以下简称“电机测功机”）是一种在规定的条件下，对自行车专用电动机所具备的各项功能及相应的技术性能指标或参数进行测试的试验装备。电机测功机主要由定子、实心转子、支架、底座、控制柜等部件组成。当内部激磁线圈和励磁介质通过电流时产生磁场，使内部产生的拉力变为阻止转子旋转的阻力，该力即为负载力矩，改变激磁电流即可改变负载力矩。电机测功机的基本结构如图1所示。4 计量特性4.1 电机测功机转矩误差4.1.1 电机测功机转矩示值误差WF不应超过1.0% FS。4.1.2 电机测功机的转矩示值重复性RF不应超过1.0% FS。4.1.3 电机测功机的转矩示值进回程差HF不应超过1.0% FS。4.2 电机测功机转速误差4.2.1 电机测功机转速示值误差F应不超过1.0% FS。4.2.2 电机测功机转速示值重复性bF应不超过1.0% FS。4.3 电机测功机输出电压示值误差电机测功机输出电压的相对示值误差应不超过0.5%。4.4 电机测功机输出电流的示值误差电机测功机输出电流的相对示值误差应不超过0.5%。 5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 受校电机测功机的实验室温度为（205）；相对湿度为75%。5.1.2 受校电机测功机应置于校准环境条件中2h，以消除温度梯度的影响。5.1.3 工作环境应清洁，无影响校准结果的污染、振动、电磁干扰和腐蚀性气体。5.1.4 校准装置应有良好的屏蔽和接地，以避免外界干扰。5.2 测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表1。表1 测量标准及其他设备序号校准项目测量仪器名称计量性能1电机测功机转矩误差力臂杠杆、砝码最大允许误差：0.1%2电机测功机转速误差转速表准确度等级：0.5级3电机测功机输出电压示值误差数字多用表准确度等级：0.1级4电机测功机输出电流示值误差标准电阻、数字多用表准确度等级：0.1级5.3 其他条件5.3.1 电机测功机各工作表面应光滑平整，不应有锈蚀、划痕等现象。设备附件、输入线、电源线、接地端应配置齐全。5.3.2 电机测功机非工作面应标注制造厂名（或商标）、出厂编号等标志。5.3.3 电机测功机应正常运行。电器控制柜各控制和显示装置应工作正常，并符合相应的电器安全规范。通电检查：改变输入信号，观察显示读数是否连续，有无叠字、不亮等现象。5.3.4 输入信号的种类（如转矩、转速、电压、电流）应与显示器的测量功能相对应。5.3.5 电机测功机运转应平稳，各部件及装卡机构应灵活可靠，无松动、卡紧现象。6 校准项目和校准方法首先检查外观及各部分相互作用，确定没有影响计量特性的因素后再进行校准。6.1 校准项目校准项目见表2。表2 校准项目序号校准项目首次校准后续校准使用中检查1电机测功机转矩误差2电机测功机转速误差3电机测功机输出电压示值误差4电机测功机输出电流示值误差注：“”表示需要校准的项目；“”表示不必校准的项目。6.2 测量点的选择6.2.1 转矩测量点的选择：应在包括测功机最大转矩的20%和最大转矩范围内大致均匀分布45个点，对顺时针方向和逆时针方向的转矩应分别进行校准。6.2.2 转速测量点的选择：电动自行车电机的转速一般在（0400）r/min以下。所以在校准过程中应分别选取（0100）r/min，（100200）r/min，（200-300）r/min，300 r/min以上或测量上限的4个测量点进行校准。6.2.3 电压测量点的选择：一般情况下，应选取电机额定电压为测量点，如：36V、48V、60V等，所以在电压校准中应选取额定电压的10%至110%范围内，做不少于5点（包括欠压保护点在内）的校准。6.2.4 电流测量点的选择：一般情况下，应选取电机额定电流为测量点，如：12A、14A、16A、25A等，所以在电流校准中应选取额定电流的10%至110%范围内，做不少于5点（包括过流保护点在内）的校准。6.2.5 对于首次校准的电机测功机，应以厂商说明书各项指标的最大量程为测量上限，做均匀分布测量。6.3 测功机转矩误差的校准6.3.1 校准前安装好力臂杠杆，先使测功装置置于平衡状态。衡量其是否处于平衡状态的方式是：使专用杠杆与锁紧机构脱开后，在力臂杠杆两侧上分别施加不大于1个分度值的力矩，使其能向施加力矩的方向自由地摆动。6.3.2 测功装置的指示装置调零，施加转矩至上限值后卸除转矩，检查其指示装置的回零情况，并重新调零。6.3.3 在规定的测量范围内，对各测量点的选择应按6.2.1进行。校准时沿预扭方向（如顺时针），按测量点逐级施加转矩至上限值，再逐级卸除转矩，分别读取进程和回程过程中的转矩示值。用相同的方法也可测量反方向的转矩示值。6.3.4 转矩值按公式（1）计算。 M = FL (1)式中：M 计算得到的转矩值（或实际转矩值），Nm；F 力值砝码的重力值，N；L 专用杠杆的力臂长度实测值，m。每一个测量的转矩示值误差WF、示值重复性RF和示值进回程误差HF分别按公式（2）、公式（3）、和公式（4）计算； WF =100% FS （2） RF =100% FS （3）HF =100% FS （4）式中： 进程中3次转矩示值的算术平均值，Nm； 回程中3次转矩示值的算术平均值，Nm；Tu 被校测功机转矩测量范围上限值，Nm；Tmax、Tmin 进程中3次转矩示值的最大值和最小值，Nm。6.4 电机测功机转速误差的校准6.4.1 电机测功机转速示值误差测量点的选取，按6.2.2进行。校准前应在转速上限值试运转1 min，当无异常现象时，方可进行示值校准。6.4.2 启动拖动装置或动力机，逐步递增转速至校准点，待相对稳定后，同时读取标准转速表和电机测功装置的转速值，此过程重复进行3次。转速示值误差和示值重复性按公式（5）和（6）计算 100% FS （5） =100% FS （6）式中： 标准转速表3次测量的示值平均，r/min； 被校电机测功装置中转速装置3次转速示值的平均值，r/min； 被校电机测功装置中转速装置转速测试范围的上限值，r/min；nmax、nmin 被校准测功装置中转速装置3次测量的最大值和最小值，r/min。6.5 电机测功机输出电压示值误差的校准用不低于0.1级数字多用表进行电机测功机电压测量值的校准，测量点的选取按6.2.3进行，接线方法如图2所示。直流电源 被校数字表 标准数字表图2 电压示值误差校准接线示意图调节直流电源的输出值使标准数字表的示值为校准点，记录被校数字表的示值。设标准数字表的示值为UN，被校数字表的示值为UX，被校数字表电压示值的相对误差：100% （7）式中：UX 被校数字表的电压示值；UN 标准数字表的电压示值。6.6 测功机输出电流示值误差的校准用不低于0.1级数字多用表进行测功机电流测量值的校准，测量点的选取按6.2.4进行。接线方法如图3所示电流实际值IN，按（8）计算： （8）式中：UN 标准数字表的电压示值，V；RN 标准分流器的电阻值，。注：RN的选取范围 0.001 0.01。RN直流电源 被校数字表 标准数字表图3 电流示值误差校准接线示意图调节直流电源的输出值，根据标准数字表的直流电压值（或校准值）UN和标准分流器的电阻值RN，使电流回路的实际值IN为校准点，记录被校数字表的示值IX。被校数字表的电流示值误差按公式（9）计算。校准时应考虑标准数字表直流电压功能的输入阻抗和输入零电流对校准结果的影响。 I = IXIN （9）式中：I 电流示值误差，A；IX 被校数字表的示值，A；IN 标准电流实际值，A。被校数字表电流的相对示值误差按公式（10）计算：100% （10）7 校准结果表达校准结果应在校准证书（报告）上反映，校准证书（报告）应至少应包括以下信息：a) 标题，如“校准证书”；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) 证书或报告的唯一性标识（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；h) 校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i ) 本次校准所使用测量标准的溯源性及有效性说明；j ) 校准环境的描述；k) 校准结果及测量不确定度的说明；l ) 对校准规范偏离的说明；m) 校准证书或校准报告签发人、职务或等效标识；n) 校准结果仅对被校对象有效的声明；o) 未经校准实验室书面批准，不得部分复制校准证书的声明。8 复校时间间隔复校时间间隔根据使用的具体情况确定，建议一般不超过一年。附录A电机测功机示值误差测量结果不确定度评定示例(参考件)B.1 电机测功机转矩示值误差测量结果不确定度评定B.1.1 测量方法电机测功机转矩示值误差校准是采用标准砝码与力臂杠杆所组成的转矩标准装置进行的。现以测量上限为100Nm中的30Nm的测量点为例进行不确定度分析。计量标准：5kg专用砝码、0.613m力臂杠杆；被测电机测功机转矩示值允差MPE：1%FS。B.1.2 测量模型e =M因输入量：M = NL = mgL，则测量模型为：e = mgL式中：e 测功机在测量点的转矩示值误差，Nm；测功机在测量点的转矩输出平均值，Nm；m 砝码质量，kg；g 重力加速度，m/s2；L 力臂长度；m。B.1.3 各输入量的标准不确定度分量的评定B.1.3.1 输入量的标准不确定度分量u()的评定标准不确定度分量u()是由测量重复性引起的，采用A类评定。在测量过程中，被检测功机示值波动、零位调整、温度特性、示值分辨率等都综合体现于测功机示值的测量重复性中。电机测功机正向与逆向的示值重复性相同，故取30Nm测量点单方向重复测量10次，得到转矩xi的测量列为：29.7 Nm，29.8 Nm，29.7 Nm，29.7 Nm，29.8 Nm，29.7 Nm，29.7 Nm，29.6 Nm，29.7 Nm，29.7 Nm单次实验标准差： s = 0.057 Nm实际测量是以3次测量的算术平均值做为测量结果，故：u() = = 0.033 NmB.1.3.2 输入量m的标准不确定度分量u(m)的评定标准不确定度分量u(mg)是由作为标准的砝码引起的，采用B类评定。已知砝码质量m为5kg，其最大允许误差为80mg，即8.010kg。那么区间半宽度a = 8.010kg，估计服从均匀分布，包含因子。加速度、空气密度和砝码材料密度对测量影响很小，可忽略不记。则，砝码的最大允许误差引起的标准不确定度为： 4.610kg B.1.3.3 输入量L的标准不确定度分量u(L)的评定标准不确定度分量u(L)是由平衡杠杆的长度误差和对中心点的对称误差引起的，采用B类评定。力臂L的标准不确定度主要来自于平衡杠杆的长度误差和对中心点的对称误差，温度和材质密度对其影响很小，可忽略不计。根据测量结果已知杠杆长度误差和对称度误差分别控制在0.5mm和0.25mm，且为均匀分布，则：u(L1) = 0.287mm= 2.8710-4m u(L2) = 0.144mm= 1.4410-4mu(L) = 3.2110-4(m)B.1.4 合成标准不确定度的评定B.1.4.1 灵敏系数根据测量模型： e = mgL灵敏系数： c1 = = 1c2 = = -gL = -g0.618 mc3 = = -mg = - g5kg = -9.85= 49NB.1.4.2 标准不确定度汇总各输入量的标准不确定度汇总见表1表1 转矩标准不确定度汇总标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度ci(Nm)u()测量重复性0.033Nm10.033u(m)标准砝码误差4.610-5kg-g0.618 m2.8410-5u(L)平衡杠杆误差1.4410-4m49N7.110-3B.1.4.3 合成标准不确定度的计算由于各输入量彼此独立,所以合成标准不确定度：= 0.034(Nm)B.1.5 扩展不确定度的评定取包含慨率p = 95%，包含因子k = 2U95 = kpuc= 20.034 = 0.07(Nm)电机测功机转矩示值在30Nm校准点的扩展不确定度：U = 0.07NmB.2 电机测功机转速示值误差测量结果不确定度评定B.2.1 测量方法电机测功机转速示值误差一般是采用转速表进行校准。现以测量上限为1000r/min中的300r/min的测量点为例进行不确定度分析。计量标准器：0.5级转速表，允差0.5%；被测转速表的示值允差MPE：1%FS。在规定的条件下，使用标准转速表对电机测功机的选定测量点进行测量，该过程连续进行3次，被测电机测功机3次转速算术平均示值减去3次标准转速表的算术平均值，即可得到该测点的转速示值误差。B.2.2 测量模型e = nsnm式中：ns 被测电机测功机转速平均示值，r/min；nm标准转速表平均示值，r/min。B.2.3 各输入量的标准不确定度分量的评定B.2.3.1 输入量ns的标准不确定度分量u(ns)的评定标准不确定度分量u(ns)是由测量重复性引起的，被校仪表的量化误差已包含在测量重复性中，故采用A类评定。对电机测功机300r/min测量点进行10次重复测量，得到转速xi的测量列为：300 r/min、300 r/min、301 r/min、300 r/min、299 r/min、300 r/min、300 r/min、300 r/min、300 r/min、300 r/min。单次实验标准差 s = 0.57 r/min实际测量是以3次测量的算术平均值做为测量结果，故相对300r/min测量点：u(ns) = = 1.110-3B.2.3.2 输入量nm的标准不确定度分量u(nm)的评定标准不确定度分量u(nm)是由标准转速表误差引起的，采用B类评定。根据已知条件，标准转速表的极限允差为0.5%，估计为均匀分布，取包含因子,故u(nm) = 0.29%B.2.4 合成标准不确定度的评定B.2.4.1 灵敏系数根据测量模型：e = nsnm灵敏系数：= 1= -1B.2.4.2 标准不确定度汇总各输入量的标准不确定度汇总见表2表2 转速标准不确定度汇总标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度ciu(ns)测量重复性1.110-311.110-3u(nm)转速表误差2.910-3-12.910-3B.2.4.3 合成标准不确定度的计算由于各输入量彼此独立，所以合成标准不确定度：= 3.110-3B.2.5 扩展不确定度的评定取包含慨率p = 95%，包含因子k = 2U95 = kpul = 20.31% = 0.62%电机测功机转速示值在300 r/min校准点的扩展不确定度为：U = 1.9 r/minB.3 电机测功机电压示值误差测量结果不确定度评定B.3.1 测量方法电机测功机电压示值误差一般是采用直接比较法进行测量。现以测功机电压示值的36V测量点为例进行测量结果的不确定度分析。计量标准器：0.01级数字多用表。B.3.2 测量模型U = UXUN式中：U 被测仪器仪表电压读数的示值误差，V；UX 被测仪器仪表电压读数的示值，V；UN 标准数字多用表实际测得的电压值，V 。B.3.3 各输入量的标准不确定度分量的评定B.3.3.1 输入量UX的标准不确定度分量u(UX)的评定标准不确定度分量u(UX)是由测量重复性引起的，采用A类评定。选择一台数字电压表，对36V 电压值进行10次连续测量，得到电压xi的测量列为：36.322 V，36.322 V，36.321 V，36.321 V，36.323 V，36.323 V，36.324 V，36.322 V，36.322 V，36.322V。单次实验标准差 s = 0.00092 V实际测量是以1次测量读数做为测量结果，故标准不确定度：u(UX) = 4.510-4 V相对标准不确定度 u(UX) = 9.210-4/36 = 2.610-5B.3.3.2 输入量UN的标准不确定度分量u(UN)的评定输入量UN的标准不确定度u(UN)主要是由标准数字多用表引起的，采用B类方法进行评定直流（01000）V量程内，数字多用表的总相对测量不确定度为510-6 (k = 2)，所以由数字多用表引入的相对标准不确定度：u(UN) = 510-6 /k = 510-6 /2 = 2.510-6B.3.4 合成标准不确定度的评定B.3.4.1 灵敏系数根据测量模型： U = UXUN灵敏系数： =1 = -1B.3.4.2 标准不确定度汇总各输入量的标准不确定度汇总见表3表3 电压标准不确定度汇总标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度ciu(UX)测量重复性2.610-512.610-5u(UN)数字多用表误差2.510-6-12.510-6B.3.4.3 合成标准不确定度的计算由于各输入量彼此独立，所以合成标准不确定度：uc (U) = 2.610-5B.3.5 扩展不确定度的评定取包含慨率p = 95%，包含因子k = 2U95 = kpuc = 22.610-5= 5.210-5电机测功机电压示值36V校准点的相对扩展不确定度为：Urel = 5.210-5B.4 电机测功机电流示值误差测量不确定度评定B.4.1 测量方法电机测功机电流示值误差一般是采用标准电阻分压法进行测量。现以测功机电流示值的12A测量点为例进行测量结果的不确定度分析。计量标准器：0.01级数字多用表、0.01级标准电阻。B.4.2 测量模型I =-式中：I 被测仪器仪表在测量点的电流示值误差，A；IX 被测仪器仪表在测量点的电流示值，A；UN 标准数字多用表实际测得的加在标准电阻两端的电压值，V；RN 标准电阻的阻值，0.001。B.4.3 各输入量的标准不确定度分量的评定B.4.3.1 输入量IX的标准不确定度分量u(IX)的评定B.4.3.1.1 由被测表分辨力引起的标准不确定度分量u(IX1)被检表示值在10A时，其分辨力为10mA，在5mA的区间内估计为均匀分布，故被测表示值在12A的标准不确定度分量u(IX1) = = 2.910-3AB.4.3.1.2 由被测表测量重复性引起的标准不确定度分量u(IX2)标准不确定度分量u(IX2)采用A类方法评定。选择一台数字直流电流表，对12A电流值进行10次连续测量，得到电流xi的测量列为：12.00A，12.00A，12.02A，12.00A，12.00A，12.00A，12.01A，12.01A，12.00A，12.00A。单次实验标准差 s = 0.007 A实际测量是以1次测量读数做为测量结果，故标准不确定度：u(IX2) =710-3AB.4.3.1.3 合成输入量IX的标准不确定度u(IX)u(IX) =10-3 = 7.610-3AB.4.3.2 输入量UN的标准不确定度分量u(UN)的评定输入量UN的标准不确定度u(UN)主要是由标准数字多用表引起的，采用B类方法进行评定考虑到标准数字多用表稳定度、调节细度及读数分辨力所引起的不确定度已包含在重复性条件下所得测量列的分散性中，故在此不做分析。实验室环境温度为（205），因此标准器温度系数的影响所引起的不确定度可忽略不计。由数字多用表的校准证书给出的相对扩展不确定度可知：直流12mV时，其扩展不确定度Urel =1.610-5（k = 2），故标准不确定度
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