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Word格式.docx

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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;

——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）

ll-!

~为其他影响量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））z

S2口

灵敏系数的绝对值均为C=1,所以:

z（5）:

（（Xi））z

S2'

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

2O05.6

67

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%

2

2.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%.

V3

3.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%.

4.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/3

0.32%.

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%

/3

6.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.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%.

如果被校与标准加速度计的横向灵敏度方向已知,振

动台的横向激振方向也已知.360.内合成得出的方差为:

0-2=_

÷

（,22+S~,2）.式中'

2,,分别为被校加速度计和标

68—————————一

准加速度计的横向灵敏度,aT为横向振动加速度（10%a=

lOm/s）.假设3个参数均为矩形分布,根据IS0/FDIS16063—

21推荐,合成计算公式为:

-

v

/1

了

12

t了

1z

了

厂————————一\/去（Sv,22+2×

-0?

13%

认为它为正态分布

（1）,所以,0.13%.

7.基座应变对电压输出tLV的影响而引入的标准不确

定度分量

8305标准加速度计的基座应变灵敏度为:

顶部0.01

m?

s.2/8;

基座0.O03ms~e.标准和被校加速度计安装产生

的基座应变对电压输出比测量带来的误差估计在±

o.05%之

内,可以认为是均匀分布,有:

=0.029%.

8.安装参数（如扭矩,电缆的固定,模拟质量块等）对

电压输出比4量的影响而引入的标准不确定度分量

由于安装因素带来的误差估计在±

0.05%之内,可认

为是均匀分布,有:

.:

0.029%.

X/3

9.相对运动对电压输出比测量的影响而引入的标

准不确定度分量

被校与标准加速度计之间相对运动对电压输出比测

量带来的误差估计在+--0.05%之内,可视为均匀分布,有:

10.标准加速度计参考灵敏度年稳定度影响而引入的

标准不确定度分量U.

压电加速度计检定规程JJG233—1996要求,标准加速

度计的参考灵敏度年稳定度应优于1%.由于标准加速度

计采用B&

K公司生产的8305,其参考灵敏度年稳定度优

于±

0.05%.按照一年的变化量考虑,并可视为均匀分布,

UrdAO--—

—

.0

—=

5

==_

%

11.温度对电压输出tLV测量的影响而引入的标准不

确定度分量U

标准与被校加速度计温度灵敏度分别为&

lt;

0.02%/oC

和&

0.1%/oC,标准加速度计绝对法校准时的环境温度

为（23±

3）℃,比较法校准规定的环境温度为（23±

5）℃,

按±

3℃的温度变化量考虑,温度对电压输出比测量的

影响为:

orl1:

（0.02%+0.1%）x3=~0.36%.可视为均匀分

布,有:

dll:

36%

0.21%.

;

mo工Z0r00∞mo一0Z-_一;

技1鼍篇;

～

12.振动频率测量引入的标准不确定度分量uT吐.

本例中用电压表来测量振动频率,由于频率误差

对幅值灵敏度测量的影响微乎其微,可忽略不计.所

以:

"

dlz=0.00%.

13.加速度计非线性对电压输出比I,测量的影响而引

入的标准不确定度分量ud.,

在参考条件下,估计加速度计非线性带给电压输出比

I,测量的误差处于±

0.03%之内,认为是均匀分布,有:

T吐3=

0.03

0.017%

14.与被校传感器配套的电荷放大器线性误差对电压

输出比删量的影响而引入的标准不确定度分量u

该项误差可以从电荷放大器检定证书中获得,对B&

K

公司生产的电荷放大器,其值一般优于土0.1%.在参考条

件下.粗估电荷放大器线性误差带给电压输出比测量误差

处于土0.03%之内,认为是均匀分布,则:

u:

—0.0

_=二

3%

0.017%.

15.重力加速度对电压输出比I,测量的影响而引入的

标准不确定度分量u

重力加速度与其他因素相比,对电压输出比I,测量的

影响较小,可以忽略不计.则:

Uml~

15=0.00%

16.振动台磁场对电压输出比I,测量的影响而引入的

凭经验估计振动台磁场引入的误差处于±

0.03%之

内,认为是均匀分布,则有:

ud.6=—0.

__=

03

二二_

17.其他环境条件对电压输出比I,测量的影响而引入

的标准不确定度分量u

估计由环境条件引入的误差处于±

0.03%之内,认为

是均匀分布,则有:

u7:

_=

18.重复测量中随机影响和算术平均值实验标准偏差

等对电压输出比I,的残余影响而引入的标准不确定度分

量"

dl8

粗估重复测量中的随机影响和算术平均值的实验标

准偏差小于0.03%,认为是均匀分布,则有:

吐:

（二）相对合成不确定度

厂————一

u.州（SO=\/∑（u曲（y））=0.517%

（三）相对扩展不确定度

按照ISO/FDIS16063—21的要求,取包含因子k=2,得到

被校加速度计幅值灵敏度校准的相对扩展不确定度为:

（S,）=kxuJd（S2）=2x0.517%=1.03%

取有效数字两位,有:

（S）=1.1%（|i}=2）.

五,通频带幅值范围内灵敏度幅值校准的相对扩展不

确定度

1.由参考条件下得出的灵敏度幅值不确定度引入的

由上节可得.参考条件下灵敏度校准的相对扩展不确

定度为1.00/0（k=21,因此标准不确定度的分量为:

u=

0.50%.

2.与被校加速度计配套的电荷放大器衰减档增益误

差引入的标准不确定度分量u

所用电荷放大器衰减挡最大允许误差可从电荷放大r—

器检定证书中获得,其值为土0.56%,可认为是均匀分布,m'

-ii

0.56%-0_32%

善技,/u

26

荷

35曩处薹雍从电荷放大器说明书得到,频率响应最大误差处∽

…%一……8%.

塞早4.加速度计频率响应与理论曲线的偏差引入的标准ii

不确定度分量u

在f20～2000）kHz范围内,加速度计灵敏度变化优

1%,认为在[一1,1]区间内是均匀分布,有:

.d:

5.加速度幅值误差对放大器输出影响而引入的标准

不确定度分量u.d

估计由加速度幅值造成电荷放大器增益输出的最大

误差处于土0.03%之内,认为是均匀分布,故:

uj:

3

二_

6.加速度幅值误差对加速度计灵敏度影响而引入的

估计由加速度幅值