JJF 2038-2023 加速度过载传感器校准规范-(高清原版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F2 0 3 82 0 2 3加速度过载传感器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rA c c e l e r a t i o nO v e r l o a dS e n s o r s 2 0 2 3-0 6-3 0发布2 0 2 3-1 2-3 0实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布加速度过载传感器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rA c c e l e r a t i o nO v e r
2、l o a dS e n s o r sJ J F2 0 3 82 0 2 3 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J J F2 0 3 82 0 2 3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
3、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)J J F2 0 3 82 0 2 3目 录引言()1 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(1 0)附录B 加速度过载传感器测量不确定度评定示例(1 1)J J F2 0 3 82 0 2 3引 言 J J F1 0
4、0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 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J J F1 1 1 62 0 0 4 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。J J F2 0 3 82 0 2 3加速度过载传感器校准规范1 范围本规范规定了加速度过载传感器 频率范围为(01 0 0)H z校准项目和校准方法,适用于在给定加速度变化率小
5、于1 0 0m/s3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:J J F1 1 1 62 0 0 4 线加速度计的精密离心机校准规范J J F1 6 7 52 0 1 7 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J J F1 6 7 52 0 1 7确立的以及下列术语、定义和符号适用于本规范。3.1 加速度过载传感器 a c c e l e r a t i o no v e r l o a ds e n s o r一种能够测量或承受一定范围内加速度的仪表。3.2 通
6、断类加速度过载传感器 a c c e l e r a t i o no v e r l o a ds w i t c h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。3.3 横向灵敏度比 t r a n s v e r s es e n s i t i v i t yr a t i o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 w o r k i n gt h r e s h o l d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。
7、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1J J F2 0 3 82 0
8、 2 3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1 加速度过载传感器的主要计量特性序号计量特性备注1测量范围2标度因数3零偏4非线性度5二阶非线性系数6横向灵敏度比适用于非通断类加速度过载传感器7工作阈值8工作阈值分辨力9工作阈值重复性1 0导通电阻1 1绝缘电阻适用于通断类加速度过载传感器6 校准条件6.1 校准环境条件1)环境温度:(2 35);2)相对湿度:2 0%8 5%;3)周围无强电磁场,无强震源,无腐蚀性气体。6
9、.2 校准用设备校准用设备及其技术指标如表2所示。表2 校准用设备及推荐技术指标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2J J F2 0 3 82 0 2 3表2(续)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:2 0H z 2k H z峰值加速度:5 0 0ms-2横向灵敏度比4导通电阻测试仪测量范围:0.1m6 0 0m0.2级导通电阻5绝缘电阻测试仪测量范围:0.0 1 0M5 0 0.0 0 0M测量误差:5%绝缘电阻7 校准项目和校准方法7.
10、1 校准项目校准项目见表3。表3 校准项目一览表序号项目名称校准方法123456非通断类加速度过载传感器测量范围7.2.1.1非线性度7.2.1.2二阶非线性系数7.2.1.3零偏7.2.1.5标度因数7.2.1.4横向灵敏度比7.2.1.67891 01 1通断类加速度过载传感器工作阈值7.2.2.1工作阈值分辨力7.2.2.2工作阈值重复性7.2.2.3导通电阻7.2.2.4绝缘电阻7.2.2.57.2 校准方法7.2.1 非通断类加速度过载传感器7.2.1.1 测量范围3J J F2 0 3 82 0 2 3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
11、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am a x和am i n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
12、、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);4)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n4(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1 8 0,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E
13、i相对于实际给定的加速度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(1)、式(2)计算其非线性度。E=m a xEi-Ei(1)NL=Eam a x-am i n1 0 0%(2)式中:E 残差绝对值的最大值;NL 非线性度;am a x 加速度过载传感器的测量范围上限值;am i n 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J J
14、F1 1 1 62 0 0 4 线加速度计的精密离心机校准4J J F2 0 3 82 0 2 3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
15、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);3)按角度增量n=3 6 0/n转动加速度计重力场法校准装置,各转角依次为n、2n、m n(m=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3 6 0,然后再反向旋转加速度计重力场法校准装置,按角度n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)数据处理按照式(3)计算标度因数:K1=2nn-1m=0Ems i nm n+6nn-1m=0Ems i n 3m n(3)式中:K1
16、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;n 角度增量,n=3 6 0/n,n=4或者8等。7.2.1.5 零偏1)校准过程同7.2.1.4。2)校准结果处理按照式(4)计算零偏:K0=1nn-1m=0Em+2nn-1m=0Emc o s 2m n K1(4)式中:K0 零偏。7.2.1.6 横向灵敏度比方法一:精密离心机法5J J F2 0 3 82 0 2 31)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。3)加速度过载传
17、感器横向灵敏度按式(5)计算:Sa=V2-V1a1 0 0%(5)式中:Sa 横向灵敏度,mV/(ms-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,ms-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3 6 0 范围内以3 0 或4 5 为增量逐次旋转)。5)重复1)4),直到转动3 6 0。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STm a x。按式(6)计算加速度过载传感器的横向灵敏度比。T S R=STm a
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