線位移傳感器校準(zhǔn)規(guī)范

1線位移傳感器校準(zhǔn)規(guī)范2引用文獻(xiàn)GB/T13606—2007土工試驗(yàn)儀器巖土工程儀器3.1線位移傳感器lineardispl傳感器正、反行程實(shí)際平均特性曲線相對(duì)于參比直線的最大偏3.4滿量程輸出fullscaleoutput注：對(duì)于振弦(應(yīng)變)式位移傳感器，由于其輸出量的特殊性，滿量程輸出為傳感器輸出范圍內(nèi)上限輸出頻率的平方和下限輸出頻率的平方的代數(shù)差，如果振弦(應(yīng)變)式位移傳感器是以頻率模數(shù)(輸出頻率的平方除以1000)為輸出量，則滿量程輸出為上限輸出頻率模數(shù)和下限線位移傳感器可用來(lái)測(cè)量位移、距離、位置和應(yīng)變用廣泛。線位移傳感器輸出信號(hào)的類型多，絕大部分線位頻率的脈沖信號(hào)、電壓或電流等模擬量；也有些線位移傳感器已集成了信號(hào)轉(zhuǎn)化功能典型線位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖1～圖4。圖4拉線(繩)式位移傳感器示意簡(jiǎn)圖23線位移傳感器主要的計(jì)量特性有：靈敏度、基本誤差、線性度、回程誤差、重對(duì)于能直接以數(shù)字方式或其他方式輸出長(zhǎng)度尺寸的線位移傳感器，可以只校準(zhǔn)基本典型線位移傳感器的計(jì)量特性見(jiàn)表1～表7。電感式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表1。基本誤差(%)士0.20土0.50土1.0線性度(%)士0.10士0.20士0.50士1.0回程誤差(%)重復(fù)性(%)5.2差動(dòng)變壓器式位移傳感器(含直流差動(dòng)、交流差動(dòng)變壓器型)差動(dòng)變壓器式位移傳感器(含直流差動(dòng)、交流差動(dòng)變壓器型)計(jì)量特性見(jiàn)表2?；菊`差(%)士0.20士1.0線性度(%)士0.10士0.50士1.0回程誤差(%)重復(fù)性(%)5.3振弦(應(yīng)變)式位移傳感器振弦(應(yīng)變)式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表3。表3振弦(應(yīng)變)式位移傳感器計(jì)量特性基本誤差(%)線性度(%)士2.0回程誤差(%)重復(fù)性(%)典型磁致伸縮式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表4。4表4磁致伸縮式位移傳感器計(jì)量特性基本誤差(%)線性度(%)回程誤差(%)重復(fù)性(%)5.5電阻式位移傳感器(含電位器型、滑線電阻型、導(dǎo)電塑料型)典型電阻式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表5。表5電阻式位移傳感器計(jì)量特性傳感器類型電位器型滑線電阻型導(dǎo)電塑料型基本誤差(%)土0.05士0.05士0.1回程誤差(%)重復(fù)性(%)5.6拉線(繩)式位移傳感器典型拉線(繩)式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表6。表6拉線(繩)式位移傳感器計(jì)量特性基本誤差(%)士0.2回程誤差(%)典型激光式位移傳感器計(jì)量特性見(jiàn)表7。表7激光式位移傳感器計(jì)量特性基本誤差(%)線性度(%)土0.02十0.2回程誤差(%)重復(fù)性(%)注：由于校準(zhǔn)工作只給出測(cè)量結(jié)果，不判斷合格與否，上述計(jì)量特性僅供參考。56.1.1實(shí)驗(yàn)室溫度、相對(duì)濕度和平衡溫度時(shí)間的要求見(jiàn)表8。表8環(huán)境條件校準(zhǔn)室內(nèi)溫度室溫變化相對(duì)濕度(%)被校準(zhǔn)儀器在室內(nèi)平衡溫度的時(shí)間(h)16.1.2電源電壓的波動(dòng)不應(yīng)超過(guò)額定值的±10%,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)交變電磁場(chǎng)或近距離的交變磁場(chǎng)(如電機(jī)、電焊機(jī)等)的干擾。對(duì)不同型式的線位移傳感器，校準(zhǔn)用的主要設(shè)備見(jiàn)表9。表9校準(zhǔn)線位移傳感器的主要設(shè)備電感式位移傳感器(1)數(shù)字頻率計(jì)：測(cè)量范圍0.1Hz～1.5GHz,準(zhǔn)確度不低于4×10-5(2)量塊：3等、4等、5等，測(cè)量范圍0.5mm～600mm(3)激光干涉儀：MPE:士(0.03μm+1.5×10-6L)(1)穩(wěn)定直流電源：紋波電壓不大于0.5%(2)量塊：3等、4等、5等，測(cè)量范圍0.5mm～600mm(4)數(shù)字多用表：MPE:DCV±0.004%~±0.1%交流差動(dòng)變壓器式(1)勵(lì)磁電源：頻率1kHz～6kHz正弦波，波形失真度不大于2%(2)量塊：3等、4等、5等，測(cè)量范圍0.5mm～600mm(3)激光干涉儀：MPE:±(0.03μm+1.5×10-6L)(4)數(shù)字多用表：MPE:ACV±0.03%~±0.1%(1)弦式讀數(shù)儀：MPE:±0.1%(2)數(shù)顯指示表：MPE:±0.002mm(2)數(shù)字多用表：MPE:DCV±0.004%~±0.1%電阻式位移傳感器(1)激光干涉儀：MPE:±(0.03μm+1.5×10-6L)(2)量塊：3等、4等、5等，測(cè)量范圍0.5mm～1000mm(3)數(shù)字多用表：MPE:DCV±0.004%~±0.1%(2)測(cè)長(zhǎng)機(jī)：MPE:±(0.5μm+10×10-L)(3)數(shù)字多用表：MPE:DCV±0.004%~±0.1%(1)激光干涉儀：MPE:±(0.03μm+1.5×10~6L)(2)數(shù)字多用表：MPE:DCV±0.004%~±0.1%6檢查被校準(zhǔn)的線位移傳感器，并對(duì)被校準(zhǔn)的傳感器按說(shuō)明書(shū)進(jìn)行標(biāo)定，確定沒(méi)有影7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目根據(jù)線位移傳感器實(shí)際應(yīng)用時(shí)的輸出方式，選擇需要校準(zhǔn)的計(jì)量特性項(xiàng)目。根據(jù)表9選擇不同的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器為線位移傳感器提供位移輸入，采用相應(yīng)的二次儀表讀取線位移傳感器的輸出量(電壓、電流、電阻、頻率或頻率模數(shù))。傳感器的安裝盡量滿足阿貝原則。調(diào)整傳感器的輸出范圍，在勻分布取11個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)(包括上、下限),按順序分別讀出長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)器給出的位移值L;和各校準(zhǔn)點(diǎn)上的輸出值y;[對(duì)于振弦(應(yīng)變)式位移傳感器，L;為顯示裝置顯示的位移值與傳感器基本長(zhǎng)度的比值]。以正、反兩個(gè)行程為一個(gè)測(cè)量循環(huán)，共測(cè)量三個(gè)循環(huán)，根據(jù)三個(gè)循環(huán)的測(cè)量結(jié)果，采用最小二乘法計(jì)算參比直線方程，見(jiàn)式(1)。yg——被校準(zhǔn)線位移傳感器在第j次行程中第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的輸出值；L;——被校準(zhǔn)線位移傳感器在第j次行程中第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的輸入值；i——第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，i=1,2,…,10,11,下同(另有說(shuō)明除外);j——第j次測(cè)量行程次序數(shù)，j=1,2,…7.2.1靈敏度取式(2)中最小二乘法參比直線的斜率作為靈敏度測(cè)量結(jié)果。根據(jù)參比直線方程式(1)求出被校準(zhǔn)線傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)處的擬合輸出值Y;后，按式(4)計(jì)算傳感器在第j次行程中第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的誤差δ,取三個(gè)循環(huán)正、反行程中絕對(duì)值最大的作為第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)上的誤差值，取各i點(diǎn)中絕對(duì)值最大的作為基本7誤差測(cè)量結(jié)果式中：Yrs——滿量程輸出，由式(5)確定，下同。式中：Ym——位移至上限值時(shí)三個(gè)循環(huán)正、反行程輸出量的平均值；Yw——位移至下限值時(shí)三個(gè)循環(huán)正、反行程輸出量的平均值。按參比直線方程式(1)求出傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)處的擬合輸出值Y;后，由式(6)計(jì)算各校準(zhǔn)點(diǎn)的偏差l;,取各i點(diǎn)中絕對(duì)值最大的作為線性度測(cè)量結(jié)果。式中：y;——傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)三個(gè)循環(huán)正、反行程輸出量的平均值，下同。線性度的最佳計(jì)算方法，應(yīng)采用最佳直線作為參比直線，按式(7)計(jì)算各校準(zhǔn)點(diǎn)的偏差l;,取各i點(diǎn)中絕對(duì)值最大的作為測(cè)量結(jié)果。式中：YBsT按參比直線為最佳直線求出傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的輸出值，最佳直線為既相互最靠近而又能包容傳感器正、反行程實(shí)際平均特性曲線的兩條平行直線的中位線，最佳直線的計(jì)算方法見(jiàn)本規(guī)范附錄B。7.2.4回程誤差按式(8)計(jì)算傳感器各校準(zhǔn)點(diǎn)的回程差h;,取各i點(diǎn)中最大的作為回程誤差測(cè)量結(jié)果。式中：gi——傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)三個(gè)循環(huán)正行程輸出量的平均值；b;——傳感器在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)三個(gè)循環(huán)反行程輸出量的平均值。7.2.5重復(fù)性根據(jù)三個(gè)循環(huán)的測(cè)量數(shù)據(jù)，由正、反同向行程在第i個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)三次測(cè)量輸出值，求出同向行程中相互間的最大差值，取各點(diǎn)同向行程中差值最大的為△;,按式(9)計(jì)算8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)經(jīng)校準(zhǔn)的線位移傳感器出具校準(zhǔn)證書(shū)。校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)容，見(jiàn)附錄C。9復(fù)校時(shí)間間隔線位移傳感器的復(fù)校時(shí)間間隔，根據(jù)使用情況由用戶自行確定，建議一般不超過(guò)8A.1測(cè)量方法采用激光干涉儀配傳感器檢測(cè)臺(tái)校準(zhǔn)拉線(繩)式位移傳感器。拉線(繩)式位移傳感器安裝在傳感器檢測(cè)臺(tái)的固定位置上，拉繩縛在移動(dòng)的工作臺(tái)上，安裝時(shí)盡量滿足阿貝原則，并使拉繩直線運(yùn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)傳感器工作臺(tái)移動(dòng)軸線，以減少余弦誤差。工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，拉繩伸展或收縮，帶動(dòng)輪轂正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)使精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器輸出一個(gè)與拉繩移動(dòng)距離成比例的電信號(hào)。激光干涉儀測(cè)量拉線(繩)式位移傳感器的位移、采用分辨力為0.0001V、相對(duì)示值誤差限為DCV±0.03%的數(shù)字多用表讀取傳感器輸出的電信號(hào)——電壓值，按本規(guī)范規(guī)定的方法校準(zhǔn)傳感器的基本誤差，進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的不確定度被校準(zhǔn)的拉線(繩)位移傳感器技術(shù)指標(biāo)如下：測(cè)量范圍上限：500mm滿量程輸出：+10V基本誤差要求：±0.2%A.2不確定度分析與討論根據(jù)本規(guī)范的校準(zhǔn)方法，傳感器各校準(zhǔn)點(diǎn)的基本誤差δ;計(jì)算式見(jiàn)式(A.1)。當(dāng)位移傳感器安裝位置與環(huán)境條件已確定后，式(A.1)中的校準(zhǔn)點(diǎn)處輸出量的擬合輸出值Y;和Yrs滿量程輸出可當(dāng)作常量來(lái)處理，該式中只有校準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)測(cè)的輸出量y,一個(gè)變量，只考慮影響該實(shí)際測(cè)量值的相對(duì)不確定度。A.3不確定度來(lái)源影響傳感器基本誤差測(cè)量結(jié)果的主要因素有標(biāo)準(zhǔn)器(激光干涉儀的測(cè)距誤差、數(shù)字多用表的測(cè)量誤差)、測(cè)量重復(fù)性、回程誤差、環(huán)境條件、安裝誤差等，在評(píng)定不確定度時(shí)考慮這些因素。A.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定A.4.1激光干涉儀測(cè)距誤差引入的不確定度分量u?激光干涉儀測(cè)距的最大允許誤差為±(0.03μm+1.5×10-6L),忽略固有誤差，只考慮與測(cè)量距離有關(guān)的相對(duì)誤差1.5×10-6。由于被校準(zhǔn)傳感器500mm的測(cè)量上限對(duì)應(yīng)于滿量程10V的輸出，因此相對(duì)于滿量程輸出而言，激光干涉儀測(cè)距誤差引入的不確定度分量由下式估算，按均勻分布處理，k=√3。A.4.2數(shù)字多用表讀數(shù)引起的不確定度分量u?9數(shù)字多用表實(shí)際讀數(shù)時(shí)，采用的分辨力為0.0001V,則分辨力引起的不確定度可以忽略不計(jì)。數(shù)字多用表直流測(cè)量的相對(duì)示值誤差限為DCV±0.03%,該表由選擇量程引入的相對(duì)誤差為DCV±0.004%,因此數(shù)字多用表讀數(shù)引入的不確定度分量uz,估算為傳感器的安裝誤差主要有阿貝誤差和余弦誤差。實(shí)際安裝時(shí)，和傳感器，調(diào)整拉繩的運(yùn)動(dòng)方向，以便消除阿貝誤差和余弦A.4.4傳感器重復(fù)性引人的不確定度分量u?對(duì)于基本誤差要求為土0.2%的拉線(繩)位移傳感器，其重復(fù)性的要求應(yīng)不超過(guò)0.03%,傳感器重復(fù)性引入的不確定度為：A.4.5傳感器回程誤差引入的不確定度分量u?對(duì)于基本誤差要求為±0.2%的拉線(繩)位移傳感器，其回程誤差的要求應(yīng)不超過(guò)0.03%,按均勻分布處理，k=√3,傳感器回程誤差引入的不確定度為：環(huán)境條件的影響主要表現(xiàn)為室溫的變化，即被測(cè)傳感器與儀器的溫度差異等方面。不考慮相關(guān)因素，以上4個(gè)不確定度分量按下式合成。參比直線為最佳直線的線性度計(jì)算方法B.1校準(zhǔn)某一種傳感器，測(cè)量數(shù)據(jù)列表如表B.1所示。測(cè)量點(diǎn)序輸入位移L:三個(gè)循環(huán)正、反行程輸出電壓值的平均值(V)后，得到各點(diǎn)的偏差數(shù)據(jù)(V)123456789B.2將各點(diǎn)的偏差數(shù)據(jù)繪圖如圖B.1,外圍偏差點(diǎn)1、偏差點(diǎn)2、偏差點(diǎn)7、偏差點(diǎn)10、偏差點(diǎn)11和偏差點(diǎn)9組成凸多邊形包容各偏差點(diǎn)(圖中縱軸偏差值已放大)。B.3由該凸多邊形的各頂點(diǎn)向其對(duì)邊引鉛垂線(平行于縱坐標(biāo)軸的直線),其中肯定存在一條最長(zhǎng)的鉛垂線，此鉛垂線必與其對(duì)邊相交，將這條對(duì)邊所在的直線平移，使最大正、負(fù)偏差絕對(duì)值相等后，該直線即成為最佳直線。顯然，該最佳直線通過(guò)對(duì)邊兩端點(diǎn)與頂點(diǎn)所組成三角形兩邊的中點(diǎn)。也就是說(shuō)，找到了這兩個(gè)中點(diǎn)，其連線就是最佳直線。根據(jù)圖形分析，偏差點(diǎn)7到偏差點(diǎn)1、點(diǎn)9連線的鉛垂線最長(zhǎng)，則最佳直線一定通過(guò)點(diǎn)7、點(diǎn)1連線的中點(diǎn)和點(diǎn)7、點(diǎn)9連線的中點(diǎn)，下面由各點(diǎn)的坐標(biāo)值(假設(shè)輸入為X軸、輸出為Y軸)求出連線中點(diǎn)的坐標(biāo)值。這樣經(jīng)過(guò)坐標(biāo)點(diǎn)(xi,r,y?,)與(xg,z,yg,)的連線就是最佳直線，該直線方程為：對(duì)第7號(hào)點(diǎn)而言，YEsT=0.000315+0.0404×10.0003=0.404432(V)校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)容和校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式3.證書(shū)或報(bào)告的唯一標(biāo)