磁电式速度传感器测量结果不确定度评定

唐标,王恩

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

磁电式速度传感器测量结果不确定度评定

唐标,王恩

(云南电网公司电力研究院,昆明 650217)

结合规程要求,建立了相应的数学模型,着重探讨了磁电式速度传感器的校准和测量能力的评定。

磁电式速度传感器；确定度的评定；标准不确定度分量；扩展不确定度

1 前言

测量结果不确定度评定是检测机构常规工作的一部分[1],由于测量不确定度在计量和校准实验室中得到了广泛应用[2],振动传感器的种类繁多,如果按其所测的振动参数,可分为位移型、速度型和加速度型；如果按其结构原理,可分为磁电式、压电式、应变式、电感式、电容式、涡流式以及激光和微波式等,而目前以磁电式和压电式传感器应用得最为普遍。磁电式速度传感器的原理是利用金属导线在磁场中作切割磁力线的相对运动时,产生与所测振动速度成正比例的感应电动势,从而测量出振动的速度[3]。磁电式速度传感器的主要技术指标有速度灵敏度、频率响应、幅值线性、横向灵敏度比、动态范围和温度响应等。其中,速度灵敏度的校准是确保振动速度量值准确可靠的一项主要指标[4-5]。测量过程：将被测传感器与标准加速度计背靠背安装在振动表标准装置上,根据振动标准套组的值,确定被测表的示值误差。评定结果的使用：符合上述条件下的磁电式速度传感器,一般可直接使用本不确定度的评定结果。

2 数学模型

数学模型如下式表示：

e=YX-YO

YX—被检速度传感器输出的加速度值

YO—标准加速度计标准套的加速度值由于YX、YO之间独立无相关、得相对不确定度方差：

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

考虑到数字多用表的示值误差不确定度u(驻1)、台面运动失真不确定度u(驻2)、加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度u(驻3)、台面横向运动不确定度u(驻4)、温度变化误差不确定度u(驻5)、标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u(驻6)、振动台频率变化不确定度u(驻7)、电荷放大器归一化旋钮位数误差不确定度u(驻8),得到下式：

3 输入量的标准不确定度分量评定[6-7]

输入量的标准不确定度的来源主要有几方面：

被检传感器重复性YX引入的标准不确定度u(YX)的评定,采用A类方法评定；

标准加速度计套组引入的标准不确定度urel,2的评定,采用B类方法评定；

数字多用表示值误差引入的标准不确定度u(驻1)的评定,采用B类方法评定；

振动台面波形失真引入的标准不确定度u(驻2)的评定,采用B类方法评定；

加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度 u(驻3)的评定,采用 B类方法评定；

振动台台面横向运动引入的不确定度u(驻4)的评定,采用B类方法评定；

温度变化引入的不确定度u(驻5)的评定,采用B类方法评定；

标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u(驻6)的评定,采用B类方法评定；

振动台频率变化误差引入的不确定度u(驻7)的评定,采用B类方法评定。由于振动台加速度频率变化最大允许0.3%,在此频率变化,对振幅影响很小,所以可忽略不计；

电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u(Δ8)的评定,采用B类方法评定。

输入量的标准不确定度分量如表1所示。

表1 输入量的标准不确定度分量

1)被检传感器重复性YX引入的标准不确定度u(YX)的评定,此项标准不确定度主要是由被检传感器的测量重复性引起的。可以通过连续测量得到测量列,采用A类方法评定。

A 选择振动频率为40 Hz为固定点,幅值分别为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。其标准不确定度为：u(YX)= Si/对应点电压平均值。

B 选择幅值1 cm/s为固定点,振动频率分别为10 Hz、20 Hz、40 Hz、60 Hz、80 Hz、100 Hz、120 Hz、160 Hz、200 Hz。

其标准不确定度为：u(YX)=Si/对应点电压平均值。

由于被检传感器 YX引入的标准不确定度u(YX)对于整个不确定度评定影响很小,所以取各测量点最大值：u(YX)=0.10%

2)标准加速度计套组引入的标准不确定度urel,2的评定,由上级证书可知,标准加速度计套组灵敏度幅值不确定度为1%。

urel,2=1%/2=0.5%

3)数字多用表示值误差引入的标准不确定度u(Δ1)的评定,此项误差引入的原因,主要是因为标准和被检传感器需要接入数字多用表读取数值,数字多用表本身允许误差引起。由于数字多用表的允许误差可由计量检定部门或技术要求来评定。检定数字多用表最大允许误差为0.2%,在此区间内服从均匀分布,取包含因子则

4)振动台面波形失真引入的标准不确定度u(驻2)的评定,此项误差引入的原因,主要是振动台产生的波形失真,引起标准表、被检表波形变化,以至于输出的峰值有差别。振动台最大允许波形失真5%,波形失真对峰值影响主要是三次谐波。在此取检内服从均匀分布,取包含因子则

5)加速度计套组频率响应与理论曲线的偏差引入的标准不确定度u(驻3)的评定,在 (10～315) Hz范围内,加速度计套组灵敏度变化优于±1%,可认为是均匀分布,得：

6)振动台台面横向运动引入的不确定度u(驻4)的评定,振动台横向振动可引起振动标准套组、被检表示值变化,由于被检表测量不重复性中,也包含了此项,因此只考虑对振动标准套组的影响。振动台最大允许横向误差为10%,标准加速度计允许最大横向误差为2%,所以 Δ4= 10%×2%=0.2%。在此区间服从均匀分布,取包含因子则

7)温度变化引入的不确定度u(驻5)的评定,根据 《8305压电式加速度说明书》,与原标准温度变化3℃时,振动标准套组灵敏度变化为0.1%,在此区间服从均匀分布,取包含因子

则

8)标准加速度计套组灵敏度幅值稳定性引入的标准不确定度u(驻6)的评定,加速度计套组灵敏度年稳定度优于±0.5%,可认为是均匀分布,得：

9)电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u(驻8)的评定,上级检定时,给出的灵敏度时4位,实际使用时只能给3位,这样就带来误差,根据少数四舍五入,则最大带入误差为0.000 5%。

由于电荷放大器归一化旋钮位数误差引入的不确定度u(驻8)对于整个不确定度评定影响很小,所以可忽略不计。

4 合成标准不确定度

4.1 灵敏系数：由数学模型可知灵敏系数均取1

4.2 合成标准不确定度uc的计算：则其中标准不确定度为uc其分量和计算结果如表2所示。

表2 合成标准不确定度uc

取置信概率P=95%,包含因子k=2。则扩展不确定度评定如表3所示。

表3 扩展不确定度评定

磁电式速度传感器,在 (2～100)mm/s、(10～200)Hz的范围内时,扩展不确定度与测量范围对应为同一值,所以各点的扩展不确定度如表4所示。

表4 扩展不确定度报告

5 结束语

通过对磁电式速度传感器测量结果不确定度评定和测量结果的分析,明确了各影响因素对测量结果的影响,对该领域的检测人员具有一定的参考价值,为今后计量检定工作及理论分析奠定了良好的基础。

[1]陈铭慧.测量不确定度评定中常见的问题 [J].中国计量, 2011(8).

[2]林瑞波.检测实验室参数测量不确定度评定浅析 [J].中国计量,2011(8).

[3]徐锡林.磁电式低频振动传感器 [J].机械制造,1980 (11).

[4]何伟.磁电式振动速度传感器灵敏度校准的测量不确定度评定 [J].中国计量,2009(2)

[5]刘宇.一种利用中频振动台标定速度传感器的方法 [J].计量与测试技术,2011(8).

[6]JJG134—2003.磁电式速度传感器检定规程 [S].

[7]JJF1059-1999.测量不确定度评定与表示 [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

唐标 (1985),男,工程师,云南电网公司电力研究院,从事热工计量的标准维护和检定、校准工作 (e-mail)416889015@qq.com。

王恩 (1976),男,高级工程师,三级助理专家,云南电网公司电力研究院,从事电厂侧技术监督和电力系统热工专业工作(e-mail)wangen1@sina.com。