JJF 1116-2004 线加速度计的精密离心机校准规范.pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F 1 1 1 6 - 2 0 0 4线加速度计的精密离心机校准规范 C a l i b r a t i o n S p e c i f i c a t i o n f o r L i n e a rA c c e l e r o me t e r U s e d P r e c i s i o n C e n t r i f u g e r2 0 0 4一0 3一0 2发布2 0 0 4一0 6一0 2实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布J J F 1 1 1 6 -2 0 0 4线加速度计的精密离心机 校准规范C a li b r a
2、 t i o n S p e c i f i c a t i o n f o r L i n e a r Ac c e l e r o me t e r Us e d P r e c i s i o n C e n t r i f u g e r产0. 0. 0. O. O. O . O. O. 0. O. O. 口. O. 0. 、弓C J J F 1 1 1 6 - 2 0 0 4 6、。 一_ ,. 0. o. o. o. 0. 0. 0. 0. o. 0. 。沪 本规范经国家质量监督检验检疫总局 2 0 0 4年 0 3 月 0 2日批准,并自2 0 0 4 年0 6 月0 2日 起施
3、行。归口单位起草单位全国振动冲击转速计量技术委员会中国航空工业第一集团公司第三O四研究所本规范由全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释J J F 1 1 1 6 - 2 州M本规范主要起草人: 张志民 参加起草人: 龙祖洪 邢馨婷( 中国航空工业第一集团公司第三0四研究所)( 中国航空工业第一集团公司第三0四研究所)( 中国航空工业第一集团公司第三0四研究所)J J F 1 1 1 6 - 2 0 0 4目录1 范围1 . 11 . 2233. 13. 23. 3主题内容适用范围引用文献二术语 , 精密离心机 ( 以下简称离心机)加速度标准线加速度计 ( 以下简称加速度计)加速度计的离心机校准
4、 3. 444. 14. 2离心机工作半径 概述 变阻式加速度计的工作原理 变容 ( 感)式加速度计的工作原理4 . 3 伺服式加速度计的工作原理 4 . 4 谐振式加速度计 5 计量特性 “ “ “ “ “ 5 . 1 加速度计的静态模型方程 5 . 2 确定离心机工作半径 5 . 3 被校加速度计的测量范围 5 . 4 被校加速度计的不确定度 5 . 5 被校加速度计的输出形式 6 校准条件 ” ” ” “ “ ”6 . 1 被校加速度计的基本条件 6 . 26. 36 . 4789 环境条件 被校加速度计的要求 被校加速度计的安装 校准项 目和校准方法 校准结果表达复校时间间隔附录 A附
5、录 B用最小二乘法确定被测加速度计的数学模型和不确定度分析格拉布斯 ( G r u b b s )准则(1)( 1 )( I )( I )( 1 )( 1 )(1)( 1 )(1)(1)( 1 )( 2)( 2)( 2)( 2)( 2)( 3)( 4)( 4)( 4)( 4)( 4)( 5)( 5)( 5)( 6)( 1 1 )( 1 2 )( 1 3 )( 1 5 )王 I F 1 1 1 6 - 2 以M线加速度计的精密离心机校准规范1 范 围1 . 1 主题内容 本规范规定了利用精密离心机校准线加速度计的主要技术要求的校准方法。1 . 2 适用范围 本规范适用于线加速度计的精密离心机校准
6、。2 引用文献G J B 1 0 3 7 -1 9 9 0 单轴摆式伺服线加速度计试验方法G J B 1 0 8 1 -1 9 9 3 惯性技术测试设备主要性能试验方法G B / 7 2 2 9 8 -1 9 9 1 机械振动与冲击术语G J B 1 5 1 A -1 9 9 7 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求G J B 1 5 2 A -1 9 9 7 军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量G J B 5 8 5 A -1 9 9 8 惯性技术术语3术语3 . 1 精密离心机 ( 以下简称离心机)加速度标准 利用牛顿力学原理,通过角运动产生标准向心加速度,装置。3 . 2 线加速度计 (
7、 以下简称加速度计) 利用惯性测量原理测量恒线加速度的测量器具。3 . 3 加速度计的离心机校准 在规定条件下,为确定加速度计的静态输出加速度值,准所复现的向心加速度值之间关系的一组操作。3 . 4 离心机工作半径 离心机平均回转中心到加速度计检测质量中心的距离。用以校准线加速度计的标准与对应的由离心机加速度标4 概述一般加速度计的力学模型被近似为典型的质量弹簧阻尼系统型二阶力学模型: m + 。 十 k x = f( 二 )式中:m,。 ,k 等效检测质量、阻尼、刚度; x , x , x 作用于等效检测质量上的加速度、速度、位移;_f ( x ) 外作用力。 典型的加速度计可以分为变阻式、
8、变容 ( 感)式、伺服式、谐振式加速度计。4 . 1 变阻式加速度计的工作原理 J J F 1 1 1 6 -2 0 0 4 变阻式加速度计主要有:张丝式、应变片式、压阻式和滑线式,是利用电阻的变化敏感加速度的变化,实现加速度测量的。除滑线式加速度计外,其余均是利用惠斯登电桥进行变换的。4 . 2 变容 ( 感)式加速度计的工作原理 变容 ( 感)式加速度计利用电容 ( 感)的变化敏感加速度的变化,实现加速度测量,利用交流惠斯登电桥进行变换。当加速度作用于质量上,产生作用力,在弹性支撑上产生变形,引起电容 感)的变化4 . 3 伺服式加速度计的工作原理 伺服式加速度计根据敏感方式不同可分为电容
9、式、电感式、测角式等;根据支撑方式不同可分为液浮式、挠性支撑式等;根据支撑材料的不同可分为金属杆 、石英摆、半导体硅摆等类型。 伺服式加速度计是利用电容 ( 感)的变化敏感加速度的变化,通过伺服电路将电容( 感)的变化转化成施加在力矩器上的电流的变化,产生与被测加速度作用在监侧质量上引起的惯性力相反的力,从而保证检测质量无位移,通过测量力矩器上的电流,实现加速度测量。4 . 4 谐振式加速度计 谐振式加速度计是利用频率的变化反映加速度的变化,进行加速度测量。5 计量特性5 . 1 加速度计的静态模型方程 模型方程是表达加速度计输出与沿平行或垂直于加速度计输人基准轴作用的加速度分量间的数学关系式
10、。加速度计的三次静态模型方程A ind = 会 = K o 一 K 2 a ; + K , 、( 1 )E ; = k o + k , a , + k , a+ k , a 3A, 加速度计输出 所指示加速度, 用重力加速度g . ( g - 9 . 8 0 m / s 2 或校准地胜.-1.中5.式点的重力加速度实测值)为单位表示 ; E ; 加速度计输出,单位V , m A或脉冲数/ s 等; a , 加速度计输人的加速度, 用重力加速度g ( g = 9 . 8 0 M / s 2 或校准地点的 重力加速度实测值)为单位表示; K o 一 偏 值 , 单 位g + K , 二 k , 标
11、度因 数, 单位V / g , m A / g 或脉冲 数 / ( s 蔚;k 。 二 K o K , - 零次项系数, 单位V , m A 或脉冲数/ s 等; K 2 二阶非线性系数, 单位g / g 2 ;k 2 = K 2 凡 二阶 非 线 性系 数, 单 位 ( V , m A 或脉 冲 数 / s ) 咭 2 K 3 三 阶 非 线 性 系 数, 单 位g / g , o21 1 F 1 1 1 6 - 2 0 0 4 k , = K , K , 三阶非线性系数, 输出 单位 ( V , m A 或脉冲数I s ) i g o5 . 1 . 2 加谏度计 的二次静杰模刑方程 EA
12、“ 二 不= K , + “ + K 2 a ;( 2 )E ; =k o +k , a ; +k , a5 . 1 . 3 加速度计的一次静态模型方程 EA ; d = K , = K 。 十 “( 3 ) E ; =k , +k , a52 确定离心机工作半径 根据被校加速度计的需要选择5 . 2 . 1 或5 . 2 . 2 05 . 2 . 1 反算法确定离心机工作半径 a )对于相对误差 1 x 1 0 - 4 的加速度计,将离心机的分度装置置于0 0 时,使加速度计的输人基准轴 ( 即安装夹具的安装面的法线)处于离心机工作半径方向 ( 士 2 0 以内) ,输出基准轴 ( 或摆基准
13、轴)垂直于分度装置回转轴,摆基准轴 ( 或输出基准轴)平行分度装置回转轴。安装到离心机上之后,使离心机顺时针转动,并逐步提高转速,使向 心加速度值达到1 g 左右, 并在 ( 0 一 1 ) g 之间取不少于7 点或在1 g 左右取不少于5 点,重复 3 次。 b )使离心机逆时针转动,重复a ) . c )将离心机的分度装置置于 1 8 0 0 时,使加速度计的输人基准轴处于离心机工作半径负方向 ( 士 2 0 , 以内) , 输出基准轴垂直于分度装置回转轴,摆基准轴平行分度装置回转轴。安装到离心机上之后,使离心机顺时针转动,并逐步提高转速,使向心加速度值达到1 g 左右, 并在 ( 0 一
14、1 ) g之间取不少于7 点或在1 g左右取不少于5 点,重复3次。 d )使离心机逆时针转动,重复c ) 0 e )将离心机分度装置上的加速度计安装夹具,绕离心机半径方向旋转 1 8 0 0 ,原位安装分度装置置于0 0 ,重复 a ) , b ) , c ) , d ) 0 f )利用加速度计在重力场检定结果,公式 ( 3 )的变形及向心加速度 a与离心机转速w和半径R的关系a= w 沃,用平均法 :1 一 E- k o )7 u无 1 。 牛( 4 )或最小二乘法:7 。 : : 、 7 兄w 0E田 : Z E ;( 7 田 : ) ( 5 )1一-kl求出离心机的静态工作半径R,I
15、- 1R , 。= ( R o + + R o _ )/ 2 ( 6 )= ( R o 、 一 R o _ )/ 2 ( 7 )J J F 1 1 1 6 -2 0 0 4式中:。 离心机的角速度, r a d / s ; R 离心机的工作半径,m ; R o 离心机的 静态工作半径, m ; R o , 离心机的正向静态工作半径,m ; R o - 离心机的负向 静态工作半径, m ; A R 加速度计检测质量中心到分度装置回转中心的距离, m o 9 )调整加速度计安装定位面的位置, 使 R小于离心机工作半径的允许误差值。 h )加速度计重新安装定位后,重复 a ) , b ) ,检验 A
16、 R是否满足要求。否则重新调整加速度计安装定位面的位置,直至达到要求为止。R 。 即为离心机静态工作半径。 1)如果离心机不具备调整 R的装置, 可以直接使用R o , , R 。 一 作为离心机正向、负向的静态工作半径。5 . 2 . 2 质心找正法 a )对于相对误差1 x 1 0 - 4 的加速度计,将离心机的质心找正装置置于 0 0 时,使加速度计的输人基准轴 ( 即安装夹具的安装面的法线)处于离心机工作半径方向 ( t 2 0 以内) ,输出基准轴 ( 或摆基准轴)垂直于质心找正装置回转轴,摆基准轴 ( 或输出基准轴)平行质心找正装置回转轴。安装到离心机上之后,逐步提高离心机的质心找
17、正机构的转速,观察加速度计的输出,并调整质心找正机构上的位移机构,使加速度计的输出接近其零位输出,使加速度计的检测质量中心接近质心找正机构的回转中心线,且按公式 ( 4 )计算 R使其小于允许值。 b )利用静态半径测量装置测量出离心机回转中心线到质心找正机构的回转中心线的距离即为离心机的静态工作半径R o o5 . 3 被校加速度计的测量范围 利用离心机对加速度计进行校准时, 被校加速度计的测量范围 一般应在 ( 1 x 1 0 - , g一 1 0 0 g )之间。5 . 4 被校加速度计的不确定度 利用离心机对加速度计进行校准时,被校加速度计的相对不确定度应小于 5 x1 0 一 45
18、. 5 被校加速度计的输出形式 利用离心机对加速度计进行校准时,被校加速度计的输出形式,可以是模拟量或数字量,但必须满足校准设备对信号质量的要求。6 校准条件6. 16. 1 . 16. 1 . 26. 1 . 3被校加速度计的基本条件 加速度计及其附件应稳妥安放在紧固的包装箱内;加速度计及其附件表面不应有影响技术性能的弊病,附件齐全;应有使用说明书,注明:加速度计的名称、制造厂、规格、型号、出厂编号、出厂日 期、闭值、量程、过载能力、激励电压、输出形式、接线图和加速度计重力场中 4J J F 1 1 1 6 - 2 0 0 4标定的主要数据及准确度等;6 . 1 . 4 准确等级: 应符合有
19、关专业技术标准及用户和生产厂家的要求。6 . 2 环境条件6 . 2 . 1 室温 :( 2 0 士 3 ) 0 C6 . 2 . 2 相对湿度 :( 3 0 一 8 5 ) %6 . 2 . 3 离心机的基础 基础X , Y , Z方向上线振动加速度幅值分别小于离心机1 g以内的不确定度; 基础X Z , Y Z方向 上角振动幅值分别小于离心机I g以内 允许的角度摆动误差。6 . 2 . 4 实验室应有接地装置,接地电阻小于 O . M .6 . 2 . 5 电磁兼容性要求应符合 G J B 1 5 1 A一 1 9 9 7 和 G J B 1 5 2 A一1 9 9 7 规定。6 . 3
20、 被校加速度计的要求6 . 3 . 1 被校加速度计校准前的通电准备时间、每次校准采样前的稳定时间和每次校准总时间应符合产品详细规范规定。6 . 3 . 2 校准数据的采样数,当采样时间在 ( 1 一 1 0 )、 内,每一点每次连续采样不少于5个数据。如采样时间加长,则采样个数可根据实际情况适当减少。6 . 3 . 3 校准数据的异常值,通过数理统计方法,推荐采用格拉布斯 ( F . E . G r u b b s )法则,进行判别剔除。见附录 B .6 . 3 . 4 加速度计输人基准轴 ( 1 ) 、摆基准轴 ( P )和输出基准轴 ( 0 )的方向用右手定则确定。如图 1 所示。6 .
21、 4 被校加速度计的安装6 . 4 . 1 加速度计的安装定位面和安装夹具工作面应清洁平滑,R o 4 ( m+ 2 ) ,其中 m是方程系数个数 ,计算离心机转速, 设置转速点,按转速点调整离心机转速,使离心机顺时针转动,转速稳定后,在每个转速点上连续读取加速度计的输出值,达到加速度计的测量范围后,逐点降低离心机转速, 测试加速度计的输出, 测试数据的采样数按6 . 3 . 2 进行。 6J J F 1 1 1 6 - 2 0 0 4图2 加速度计安装示意图 c )使离心机逆时针转动,重复 b ) o d )将分度头旋转 1 8 0 o ,重复 b ) , c ) . e )将离心机分度装置
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- JJF 1116-2004 线加速度计的精密离心机校准规范 1116 2004 加速度计 精密 离心机 校准 规范
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