線位移傳感器計量建標方案探討

魏居鋒，張旭敏，劉克先

（深圳中航技術檢測所，廣東深圳518040）

線位移傳感器計量建標方案探討

魏居鋒，張旭敏，劉克先

（深圳中航技術檢測所，廣東深圳518040）

依據計量標準考核的要求，通過對計量標準的工作原理，不確定度的評定及進行重復性、穩定性指標和不確定度的驗證考核，建立線位移傳感器符合量值傳遞的標準器組

線位移傳感器；計量建標；長度計量

1 建立計量標準的目的

計量標準在計量檢定系統中起著傳遞量值承上啟下的作用，是將各項計量基準復現的單位量值傳遞到生產貿易和科學技術等使用第一線的紐帶，是實現量值統一的基礎。因此為了保證量值準確可靠必須建立計量標準[1，2]。

2 計量標準的工作原理及組成

2.1 工作原理

線位移傳感器可用來測量位移、激勵、位置和應變量等長度尺寸，在工程測試中應用廣泛。線位移傳感器輸出信號的類型多，絕大部分線位移傳感器輸出電信號，如不同頻率的脈沖信號、電壓或電流等模擬量；也有些線位移傳感器已集成了信號轉化功能，能直接以數字方式或其它方式輸出長度尺寸[3]。

2.2 計量標準組成

量塊，線位移傳感器

3 計量標準器及主要配套設備

計量標準器及配套設備的配置應當科學合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準工作的需要。計量特性必須符合相應計量檢定規程或技術規范的規定[4]。標準配置如表1.

表1 計量標準器及主要配套設備

4 計量標準的主要技術指標

（1）量塊：

1）測量范圍：（0.5~100）mm

2）準確度等級：3等

（2）量塊：

（1）測量范圍：（600~1000）mm

（2）準確度等級：4等

5 環境條件

環境條件及設施應當滿足開展檢定或校準工作的要求，并按要求對環境條件進行有效監測和控制；JF1305-2011《線位移傳感器校準規范》6.1.1要求[3]：室內校準溫度在（20±5）℃，相對濕度≤65%；因此按實際情況本項目環境條件要求與實際情況如表2.

表2 環境條件

6 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計量標準考核規范》4.1.2計量標準的溯源性要求：為了保證計量標準的溯源性，計量標準的量值應當定期溯源至國家計量基準或社會公用計量標準；當不能采用檢定或校準方式溯源時，應當通過比對的方式，確保計量標準量值的一致性[1]。量值溯源和傳遞框圖如圖1.

圖1 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

7 計量標準的重復性試驗

選用量塊100 mm（編號：970252）測量10次，重復上述過程10次得到測量結果如下[1]，如表3.

表3 測量重復性數據/mm

實驗標準差：

標準的測量重復性的標準偏差為s（y）=0.07 μm，小于重復性0.12 μm.所以本次計量標準的測量重復性考核合格。

8 校準結果的測量不確定度評定

8.1 測量方法

采用量塊配合傳感器檢測臺校準線位移傳感器，線位移傳感器安裝在傳感器檢測臺的固定位置上，然后使用量塊來檢查各個校準點的數值

8.2 不確定度分析與討論

根據本規范的校準方法，傳感器各校準點的基本誤差δij計算式見式（1）

當位移傳感器安裝位置與環境條件已確定后，式（1）中的校準點處輸出量的擬合輸出量Yi與YFS滿量程輸出可當作常量來處理，該式中只有校準點實測的輸出量一個變量，只考慮影響該實際測量值的相對不確定度。

8.3 不確定度來源

影響傳感器基本誤差測量結果的主要因素有標準件、測量重復性、回程誤差、環境條件、安裝誤差等，在評定不確定度時考慮這些因素。

8.4 標準不確定度評定

8.4.1.量塊引入的不確定度分量

4等量塊不確定度為（0.5+5L）μm，活動測桿運動范圍不得少于3 mm，L=0.003 m；k=2.7則

則 8.4.2.數字多用表讀數引起的不確定度分量

數字多用表實際讀數時，采用的分辨力為0.0001 V，則分辨力引起的不確定度可以忽略不計。數字多用表直流測量的相對示值誤差限為DCV± 0.03%，該表由選擇量程引入的相對誤差為DCV± 0.004%，按均勻分布處理，k=，因此數字多用表讀數引入的不確定度分量u2，估算為：

8.4.3 傳感器安裝誤差引入的不確定度分量

傳感器的安裝誤差主要有阿貝誤差和余弦誤差。實際安裝式，合理布局傳感器和檢測臺的位置，以便消除阿貝誤差和余弦誤差的影響，這樣傳感器安裝誤差引入的不確定度可以忽略不計。

8.4.4 傳感器重復性引入的不確定度分量u3

對于基本誤差要求為±0.2%的位移傳感器，其重復性的要求應不超過0.08%，傳感器重復性引入的不確定度為：

u3=0.08%

8.4.5.傳感器回程誤差引入的不確定度分量u4

對于基本誤差要求為±0.2%的位移傳感器，其回程誤差的要求應不超過0.08%，按均勻分布處理，k =，傳感器回程誤差引入的不確定度為：

8.4.6 環境條件的影響

換進條件的影響主要表現為室溫的變化，即被測傳感器與儀器的溫度差異等方面。經實驗，只要在校準規范規定的環境條件下進行校準，以上因素的影響可以忽略不計。

8.5 合成標準不確定度

不考慮相關因素，以上4個不確定度分量按下式合成。

8.6 擴展不確定度

取包含因式k=2，擴展不確定度為

U＝kuc=2×0.094%≈0.20%

9 檢定或校準結果的驗證

按照JJF1033-2008《計量標準考核規范》測量不確定度驗證，使用比對法進行驗證，選用四等量塊（編號：1683）與3等量塊：測量范圍：（0.5~100）mm；編號：970252;取線位移傳感器中的100 mm作為核查標準[1]；安排檢定員1和檢定員2進行比對。比對數值如表4.

表4 比對數值表/HR

由于：檢定員1的測量不確定度為U1=0.1 μm

檢定員2的測量不確定度為U2=0.1 μm

10 結束語

依據《JJF1033-2008計量標準考核規范》的要求，通過對本計量標準的工作原理，不確定度的評定及進行重復性、穩定性指標和不確定度的驗證考核，從技術的角度考慮，該計量標準器具可以依據《JF1305-2011線位移傳感器校準規范》的要求，能夠開展相應儀器的檢定工作[1，4]。

[1]JJF1033-2008計量標準考核規范[S]，北京：中國計量出版社，2008.

[2]JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S]，北京：中國計量出版社，2012.

[3]JJF1001-1998通用計量術語及定義[S]，北京：中國計量出版社，1998.

[4]JF1305-2011線位移傳感器校準規范[S]，北京：中國計量出版社，2011.

Discussion on the Measurement and Calibration of Linear Displacement Sensor

WEI Ju－feng，ZHANG Xu－min，LIU Ke－xian
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Guangdong Shenzhen 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration of linear displacement sensor through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

linear displacement sensor；measurement and calibration；length measurement

TH822

B

1672-545X（2017）06-0274-03

2017-03-25

魏居鋒（1967-），男，山東人，碩士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作；張旭敏（1964-），男，廣西人，碩士，高級工程師，從事機電工程、檢測測試工作；劉克先（1967-），男，湖南人，學士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作；