工作測振儀頻率響應及加速度幅值非線性比對分析

/ .蘇州市計量測試院；.南京市計量監督檢測院

0 引言

隨著工業水平的不斷提高，對機器裝備的振動要求也越來越高，越來越多的工作測振儀被廣泛地使用。江蘇省內共有5家市級計量技術機構建立了開展測振儀檢定校準的社會公用計量標準，其他的一些沒有建立社會公用計量標準的技術機構也陸續開展了工作測振儀的校準工作。

目前CNAS開展了振動領域的能力驗證，但是驗證用的比對樣品一般都為參考加速度計，而檢定校準最多的工作測振儀則從來沒有進行過比對。為了更好地了解各計量技術機構對于工作測振儀的實際檢定校準能力，江蘇省質量技術監督局在2017年組織了“工作測振儀計量比對”。

1 比對工作

比對工作由江蘇省質量技術監督局組織，江蘇省聲學計量專業技術委員會負責協調實施，主導實驗室為南京市計量監督檢測院，參加實驗室為省內4家市級計量技術機構，其中3家技術機構建立了社會公用計量標準，1家技術機構未建立社會公用計量標準，僅通過了CNAS認可。

比對樣品及各實驗室所用的標準器信息如表1和表2所示。

表1 比對樣品信息

1.1 比對樣品穩定性

為了考察工作測振儀的穩定性，樣品傳遞開始前實施機構對樣品進行了穩定性實驗。在樣品分發前分別于2017年5月、2017年6月、2017年7月，2017年8月進行了四次校準，在樣品傳遞結束后進行了第五次校準。樣品開始傳遞前和傳遞結束后的監控數據見表3。

表2 實驗室及標準器信息

表3 比對樣品穩定性

由表3可以看出，各校準點的穩定性約為1.0%。

1.2 比對方案

本次比對試驗方法按JJG 676-2000《工作測振儀》檢定規程[1]，不確定度評定參照JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[2]的要求。本次比對項目為頻率響應及幅值非線性。頻率響應試驗要求加速度幅值為10 m/s2，頻率點分別為20 Hz、80 Hz、160 Hz、640 Hz；幅值非線性試驗要求在160 Hz下，加速度幅值分別為5 m/s2、10 m/s2、20 m/s2時，給出工作測振儀加速度示值，并給出每個測量點的測量不確定度（k= 2），測量結果保留1位小數，單位為m/s2，測量結果擴展不確定度保留2位有效數字。

工作測振儀的安裝：分離式測振儀傳感器安裝時，重心應盡量對準振動臺臺面中心，應將標準傳感器與測振儀傳感器剛性安裝在一起（背靠背或肩并肩），推薦底面涂一層硅脂以保證其良好剛性，安裝力矩推薦2 Nm。

1.3 比對判斷依據

此次比對結果的評價是按照國家標準GB/T 27043-2012《合格評定 能力驗證的通用要求》[3]中推薦的En數計算能力評價值，以主導實驗室測得的測振儀示值誤差測量結果作為本次能力驗證的參考值。具體為

式中：xi—— 參比實驗室測得的測振儀示值誤差；

X—— 主導實驗室測得的測振儀示值誤差；

Uref—— 主導實驗室測量結果的擴展不確定度；

Ui—— 參比實驗室測量結果的擴展不確定度

以En≤1為滿意，En＞1為不滿意，作為本次能力驗證結果的評價依據。

1.4 比對結果

各參比實驗室En值見表4～9。

表4 160 Hz、10 m/s2比對結果評價

表5 20 Hz、10 m/s2比對結果評價

表6 80 Hz、10 m/s2比對結果評價

表7 640 Hz、10 m/s2比對結果評價

表8 160 Hz、5 m/s2比對結果評價

表9 160 Hz、20 m/s2比對結果評價

各參比實驗室工作測振示值誤差測量結果分布圖如圖1～6所示。

圖1 20 Hz、10 m/s2比對結果

圖2 80 Hz、10 m/s2比對結果

圖3 640 Hz、10 m/s2比對結果

圖4 160 Hz、5 m/s2比對結果

圖5 160 Hz、10 m/s2比對結果

圖6 160 Hz、20 m/s2比對結果

2 比對分析

從圖1～圖6可以看出，各實驗室工作測振儀校準試驗點（20 Hz，10 m/s2；80 Hz，10 m/s2；160 Hz，10 m/s2；640 Hz，10 m/s2；160 Hz，5 m/s2；160 Hz，20 m/s2）處的測量結果，本次參比試驗室的比對結果為滿意（即En≤1）。

3 比對中存在的問題

1）部分實驗室未能完全按照比對方案要求提供相關材料，如：比對材料提供不全，提供的溯源證書與計量標準考核證書中儀器不一致。

2）部分實驗室出具原始記錄、校準證書、不確定度分析報告時不夠仔細，具體問題有：

（1）原始記錄與比對結果報告內容不一致，如有實驗室原始記錄為10.1，但是在比對報告中的數據為10.0。

（2）原始記錄校準員、核驗員簽名不完整。

（3）原始記錄部分未填寫的空格沒有劃去。

（4）測量結果與不確定度小數位數未對齊。

3）部分實驗室在對測量結果的不確定度評定中存在一些問題，具體有：

（1）只考慮測量重復性以及標準器引入的不確定度分量，分量考慮不完整，從而使合成不確定度值偏小。

（2）部分實驗室未列出測量模型及靈敏系數。

（3）重復性引入的A類不確定度評定中，重復性試驗數據與比對結果報告上的示值具有明顯差異。

（4）混淆相對標準不確定度和標準不確定度，如：標準器溯源得到的相對不確定度未換算成標準不確定，直接與重復測量引入的標準不確定度進行了合成。

（5）也有部分實驗室出于通過比對的目的，人為地放大了擴展不確定度，其擴展不確定度超過被校準工作測振儀允許誤差絕對值的50%，也遠遠超過了其建標時技術報告中評定的擴展不確定度[4]。

4）部分實驗室在測量時安裝加速度計較為隨意，未采用肩并肩或者背靠背，導致數據在高頻部分產生一個比較明顯的偏差[5]。雖然對最終測量結果的影響不大，沒有不滿意現象發生，但是對于這種由于人為原因導致的差錯，應該盡量避免。

4 結語

通過本次比對，了解了江蘇省各計量技術機構檢定和校準工作測振儀的現狀和相關儀器設備的準確度，考查了相關人員的技術水平，為保證江蘇省內的量值傳遞的準確可靠提供了依據。針對比對中發現的問題，也對各技術機構組織了宣貫和學習，順利完成了江蘇省質量技術監督局計量處下達的2017年度工作測振儀的比對任務。