磁電式速度傳感器測量結果不確定度評定

唐標,王恩

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

磁電式速度傳感器測量結果不確定度評定

唐標,王恩

(云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

結合規程要求,建立了相應的數學模型,著重探討了磁電式速度傳感器的校準和測量能力的評定。

磁電式速度傳感器；確定度的評定；標準不確定度分量；擴展不確定度

1 前言

測量結果不確定度評定是檢測機構常規工作的一部分[1],由于測量不確定度在計量和校準實驗室中得到了廣泛應用[2],振動傳感器的種類繁多,如果按其所測的振動參數,可分為位移型、速度型和加速度型；如果按其結構原理,可分為磁電式、壓電式、應變式、電感式、電容式、渦流式以及激光和微波式等,而目前以磁電式和壓電式傳感器應用得最為普遍。磁電式速度傳感器的原理是利用金屬導線在磁場中作切割磁力線的相對運動時,產生與所測振動速度成正比例的感應電動勢,從而測量出振動的速度[3]。磁電式速度傳感器的主要技術指標有速度靈敏度、頻率響應、幅值線性、橫向靈敏度比、動態范圍和溫度響應等。其中,速度靈敏度的校準是確保振動速度量值準確可靠的一項主要指標[4-5]。測量過程：將被測傳感器與標準加速度計背靠背安裝在振動表標準裝置上,根據振動標準套組的值,確定被測表的示值誤差。評定結果的使用：符合上述條件下的磁電式速度傳感器,一般可直接使用本不確定度的評定結果。

2 數學模型

數學模型如下式表示：

e=YX-YO

YX—被檢速度傳感器輸出的加速度值

YO—標準加速度計標準套的加速度值由于YX、YO之間獨立無相關、得相對不確定度方差：

u2(e)=u2(YX)+u2(Y0)

考慮到數字多用表的示值誤差不確定度u(駐1)、臺面運動失真不確定度u(駐2)、加速度計套組頻率響應與理論曲線的偏差引入的標準不確定度u(駐3)、臺面橫向運動不確定度u(駐4)、溫度變化誤差不確定度u(駐5)、標準加速度計套組靈敏度幅值穩定性引入的標準不確定度u(駐6)、振動臺頻率變化不確定度u(駐7)、電荷放大器歸一化旋鈕位數誤差不確定度u(駐8),得到下式：

3 輸入量的標準不確定度分量評定[6-7]

輸入量的標準不確定度的來源主要有幾方面：

被檢傳感器重復性YX引入的標準不確定度u(YX)的評定,采用A類方法評定；

標準加速度計套組引入的標準不確定度urel,2的評定,采用B類方法評定；

數字多用表示值誤差引入的標準不確定度u(駐1)的評定,采用B類方法評定；

振動臺面波形失真引入的標準不確定度u(駐2)的評定,采用B類方法評定；

加速度計套組頻率響應與理論曲線的偏差引入的標準不確定度 u(駐3)的評定,采用 B類方法評定；

振動臺臺面橫向運動引入的不確定度u(駐4)的評定,采用B類方法評定；

溫度變化引入的不確定度u(駐5)的評定,采用B類方法評定；

標準加速度計套組靈敏度幅值穩定性引入的標準不確定度u(駐6)的評定,采用B類方法評定；

振動臺頻率變化誤差引入的不確定度u(駐7)的評定,采用B類方法評定。由于振動臺加速度頻率變化最大允許0.3%,在此頻率變化,對振幅影響很小,所以可忽略不計；

電荷放大器歸一化旋鈕位數誤差引入的不確定度u(Δ8)的評定,采用B類方法評定。

輸入量的標準不確定度分量如表1所示。

表1 輸入量的標準不確定度分量

1)被檢傳感器重復性YX引入的標準不確定度u(YX)的評定,此項標準不確定度主要是由被檢傳感器的測量重復性引起的。可以通過連續測量得到測量列,采用A類方法評定。

A 選擇振動頻率為40 Hz為固定點,幅值分別為0.2 cm/s、0.5 cm/s、1 cm/s、1.5 cm/s、2 cm/s、2.5 cm/s、3 cm/s、3.5 cm/s、5 cm/s、7.5 cm/s、10 cm/s。其標準不確定度為：u(YX)= Si/對應點電壓平均值。

B 選擇幅值1 cm/s為固定點,振動頻率分別為10 Hz、20 Hz、40 Hz、60 Hz、80 Hz、100 Hz、120 Hz、160 Hz、200 Hz。

其標準不確定度為：u(YX)=Si/對應點電壓平均值。

由于被檢傳感器 YX引入的標準不確定度u(YX)對于整個不確定度評定影響很小,所以取各測量點最大值：u(YX)=0.10%

2)標準加速度計套組引入的標準不確定度urel,2的評定,由上級證書可知,標準加速度計套組靈敏度幅值不確定度為1%。

urel,2=1%/2=0.5%

3)數字多用表示值誤差引入的標準不確定度u(Δ1)的評定,此項誤差引入的原因,主要是因為標準和被檢傳感器需要接入數字多用表讀取數值,數字多用表本身允許誤差引起。由于數字多用表的允許誤差可由計量檢定部門或技術要求來評定。檢定數字多用表最大允許誤差為0.2%,在此區間內服從均勻分布,取包含因子則

4)振動臺面波形失真引入的標準不確定度u(駐2)的評定,此項誤差引入的原因,主要是振動臺產生的波形失真,引起標準表、被檢表波形變化,以至于輸出的峰值有差別。振動臺最大允許波形失真5%,波形失真對峰值影響主要是三次諧波。在此取檢內服從均勻分布,取包含因子則

5)加速度計套組頻率響應與理論曲線的偏差引入的標準不確定度u(駐3)的評定,在 (10～315) Hz范圍內,加速度計套組靈敏度變化優于±1%,可認為是均勻分布,得：

6)振動臺臺面橫向運動引入的不確定度u(駐4)的評定,振動臺橫向振動可引起振動標準套組、被檢表示值變化,由于被檢表測量不重復性中,也包含了此項,因此只考慮對振動標準套組的影響。振動臺最大允許橫向誤差為10%,標準加速度計允許最大橫向誤差為2%,所以 Δ4= 10%×2%=0.2%。在此區間服從均勻分布,取包含因子則

7)溫度變化引入的不確定度u(駐5)的評定,根據 《8305壓電式加速度說明書》,與原標準溫度變化3℃時,振動標準套組靈敏度變化為0.1%,在此區間服從均勻分布,取包含因子

則

8)標準加速度計套組靈敏度幅值穩定性引入的標準不確定度u(駐6)的評定,加速度計套組靈敏度年穩定度優于±0.5%,可認為是均勻分布,得：

9)電荷放大器歸一化旋鈕位數誤差引入的不確定度u(駐8)的評定,上級檢定時,給出的靈敏度時4位,實際使用時只能給3位,這樣就帶來誤差,根據少數四舍五入,則最大帶入誤差為0.000 5%。

由于電荷放大器歸一化旋鈕位數誤差引入的不確定度u(駐8)對于整個不確定度評定影響很小,所以可忽略不計。

4 合成標準不確定度

4.1 靈敏系數：由數學模型可知靈敏系數均取1

4.2 合成標準不確定度uc的計算：則其中標準不確定度為uc其分量和計算結果如表2所示。

表2 合成標準不確定度uc

取置信概率P=95%,包含因子k=2。則擴展不確定度評定如表3所示。

表3 擴展不確定度評定

磁電式速度傳感器,在 (2～100)mm/s、(10～200)Hz的范圍內時,擴展不確定度與測量范圍對應為同一值,所以各點的擴展不確定度如表4所示。

表4 擴展不確定度報告

5 結束語

通過對磁電式速度傳感器測量結果不確定度評定和測量結果的分析,明確了各影響因素對測量結果的影響,對該領域的檢測人員具有一定的參考價值,為今后計量檢定工作及理論分析奠定了良好的基礎。

[1]陳銘慧.測量不確定度評定中常見的問題 [J].中國計量, 2011(8).

[2]林瑞波.檢測實驗室參數測量不確定度評定淺析 [J].中國計量,2011(8).

[3]徐錫林.磁電式低頻振動傳感器 [J].機械制造,1980 (11).

[4]何偉.磁電式振動速度傳感器靈敏度校準的測量不確定度評定 [J].中國計量,2009(2)

[5]劉宇.一種利用中頻振動臺標定速度傳感器的方法 [J].計量與測試技術,2011(8).

[6]JJG134—2003.磁電式速度傳感器檢定規程 [S].

[7]JJF1059-1999.測量不確定度評定與表示 [S].

Analysis on Measurement Uncertainty of Magnetic-electric Speed Sensor

TANG Biao,WANG En
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This article combined with the relevant,as well as the practical work to establish a corresponding mathematical model, focuses on the assessment of the magneto-electric speed sensor calibration and measurement capabilities.

Magnetic-electric speed sensor；uncertainty evaluation；standard uncertainty；expanded uncertainty

TM93

B

1006-7345(2014)02-0084-03

2013-12-10

唐標 (1985),男,工程師,云南電網公司電力研究院,從事熱工計量的標準維護和檢定、校準工作 (e-mail)416889015@qq.com。

王恩 (1976),男,高級工程師,三級助理專家,云南電網公司電力研究院,從事電廠側技術監督和電力系統熱工專業工作(e-mail)wangen1@sina.com。