角位移传感器校准装置

王树刚 王国民/无锡市计量检定测试中心

角位移传感器校准装置

王树刚 王国民/无锡市计量检定测试中心

介绍了角位移传感器的工作原理。根据实际校准的角位移传感器结构特点，研制出对其校准的装置。对装置的主体结构以及校准过程进行了详细阐述，并对该装置校准结果进行了不确定评定。

角位移传感器；校准；测量不确定度

0 引言

角位移传感器是较常见的一种传感器，广泛应用于导弹、飞机雷达天线的伺服系统以及电脑控制运动器械等需要准确测量角位移的场合，其性能参数的可靠性、稳定性直接关系到国防建设，故对角位移传感器进行校准是十分必要的。角位移传感器与同步分析器和电位计等其他传统角位移测量仪相比，有效提高了长期可靠性，其设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损活动部件的前提下仍可保证测量准确度。为解决角位移传感器量值溯源问题，研制出一种角位移传感器校准装置。

1 角位移传感器校准装置

该装置具有较强的综合检测与校准能力，操作简单、方便、可靠，能快速完成校准，很好地解决角位移校准问题。

1.1 工作原理

本装置采用XDFT-720A型细分多齿分度台为主要标准器，其具有如下特点：测量范围整分度0～360°、细分度0～30′、最小分度值整分度0.5°、细分度0.1″、整分度示值误差≤±0.2″、综合示值误差≤±1″；可实现任意角度的测量，分度准确度高，重复性好，定心准确度高；利用多齿的啮合平均效应降低误差，保证准确度；结构简单，操作方便。当旋转细分多齿分度台时，会通过连接套及连接轴带动角位移传感器转动，可实现对任意角位移进行校准。

1.2 主体部分结构

图1 角位移传感器校准装置主体部分结构

如图1所示，角位移传感器校准装置主体部分主要由细分多齿分度台、连接套、连接轴、压板、上面板、底板、立柱等构成。

1）细分多齿分度台与连接套的连接

加工φ105的连接套与细分多齿分度台上表面凹槽形成过盈配合。利用细分多齿分度台上表面4×M6的螺纹孔，通过四个紧定螺丝使细分多齿分度台带动连接套转动时连接套不打滑。

2）连接套与连接轴的连接及连接轴与被校准角位移传感器的连接

连接轴加工成“凸”字形，通过球头锁紧螺丝与连接套连接。根据被校准角位移传感器转轴的尺寸，加工多套“凸”字形连接轴予以替换。连接轴与被校准角位移传感器通过锁紧螺丝连接，保证被校准传感器与连接轴及连接套的同轴度。

3）被校准角位移传感器的固定

被校准角位移传感器与上面板的平行度，直接影响校准结果。为了保证校准准确度，加工时需保证上面板的粗糙度，同时在均匀分布90°的位置上利用测长仪的压板固定被校准传感器。此时，应保证被校传感器在四个方向受力均匀并大小适合。

1.3 结构特点

该装置可较好完成角位移传感器基本误差、线性误差、重复性误差等计量特性的校准。且该装置操作简单、方便，校准效率高，可实施现场复杂环境下角位移传感器的校准。

2 校准过程及不确定度分析

2.1 校准过程

1）如图1所示，对型号为ALI 12.200、编号为MT20048-23的角位移传感器进行校准。将角位移传感器通过锁紧螺丝与连接轴连接，再将连接轴和连接套固定。安装时应使传感器转动轴与多齿分度台的回转中心同轴。

2）将直流稳压源的输出电压值设定为传感器所要求值，如10 V 或20 V。传感器的输出端接数字电压表输入端，传感器供电电源线接直流稳压源的输出端，直流稳压源、数字电压表接稳压源。

3）转动分度台，满量程转动三个测回，观察数据的变化情况。各起始点、终点位置输出电压值变化量不大于允许基本误差的绝对值时便可以测量。

4）校准时依次按所取测量点进行测量，同时记下多齿分度台的读数及数字电压表读数。要求从起点到终点往返测量、读数，校准结果如表1所示。

表1 角位移传感器校准结果

2.2 不确定度评定

该型号的角位移传感器最大允许示值误差MPE：±0.5%，为了验证该校准装置的可行性，作如下测量不确定度评定。

2.2.1 多齿分度台引入的标准不确定度 u1

多齿分度台检定规程规定，1级多齿分度台最大分度间隔误差为±0.5″，设其服从均匀分布，则其引入的标准不确定度u1为

2.2.2 数字电压表引入的标准不确定度 u2

采用34401A数字多用表，其最大允许误差为±0.06%，则在量程为10 V档位上，测量范围为60°内所带来的角度误差为

设其服从均匀分布，则其引入的标准不确定度u2为

2.2.3 测量重复性引入的标准不确定度 u3

在相同条件下，对被校准角位移传感器重复测量6次，由贝塞尔公式计算出单次实验标准偏差

2.2.4 传感器安装不同轴引入的标准不确定度 u4

校准过程中，其不同轴度ΔL =0.20 mm，该型号的角位移传感器半径R = 22.5 mm，连接轴高度h = 20 mm，则其带来的角度误差为

设其服从均匀分布，则其引入的标准不确定度u4为

2.2.5 合成标准不确定度

2.2.6 扩展不确定度

本次校准的最小角度值为±15°，按照被校角位移传感器的最大允许误差MPE：±5%计算，±15°时的MPE为270″。校准的扩展不确定度22″（k = 2）小于最大允许误差270″的1/5，说明此校准装置具有可行性。

3 结语

试验结果表明，新研制的角位移传感器校准装置校准数据准确、稳定、可靠，完全可以开展对角位移传感器的校准，具有很高的实用价值。

[1]周骏，戚丽红.一种新型四轮定位检测仪校准装置的研究[J].计量与测试技术，2015(02)：24-25.

[2]全国法制计量管理计量技术委员会.JJF 1059-2012[S].北京：中国质检出版社,2012.

[3]国家质量技术监督局计量司. 测量不确定度评定与表示指南[M].北京：中国计量出版社,2013.

A calibration device for angular displacement sensors

Wang Shugang , Wang Guomin
（Wuxi Metrological Verification & Testing Center）

This paper introduces the working principle of the angular displacement sensor. According to the structure characteristics of the angular displacement sensor, a calibration device for it has been developed. The main structure of the device and the calibration procedure are described in detail. The measure uncertainty is evaluated.

angular displacement sensor; calibration; measurement uncertainty