淺談一種電阻應變式軋制力傳感器校準方法及其測量值的不確定度評定

蔡開城

【摘 要】電阻應變式軋制力傳感器是現代鋼鐵企業中鋼材軋制機常用的力傳感器，軋鋼機通過軋制力傳感來測量軋輥兩端的力值并對軋制力進行控制，其力值的準確度直接影響到鋼材的成品率。本文介紹一種校準方法及其過程中分析其不確定度分量主要來源，并對各不確定度分量、合成不確定度、擴展不確定度進行評定。

【關鍵詞】電阻應變式；軋制力傳感器；不確定度評定

中圖分類號： TP212 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）35-0045-002

Talking About a Calibration Method of Resistive Strain Rolling Force And Evaluation of the Uncertainty for Measuremrnta

CAI Kai-cheng

（Fujian Institute of Metrology，Fuzhou 350001，Fujian Province，China）

【Abstract】The resistance strain gauge rolling force sensor is a commonly used force sensor in the steel rolling mill in the modern iron and steel industry. The rolling mill senses the force at both ends of the roll by rolling force sensing and controls the rolling force. The force value Accuracy directly affects the yield of steel. This article describes a calibration method and its process of analysis of the main sources of uncertainty components， and the components of uncertainty， synthetic uncertainty， extended uncertainty assessment.

【Key words】Resistance strain gauge； Rolling force sensor； Evaluation of uncertainty

0 引言

在現代鋼鐵企業中，鋼鐵的生產流程一般包括采礦、燒結、煉鐵、煉鋼連鑄、軋鋼、機械加工等，從煉鋼廠出來的鋼坯需要經過加熱爐加熱后通過輥道送入軋制機軋制才能形成特定尺寸的鋼板。鋼材軋制機是軋制鋼材的主要設備，廣泛應用于各類鋼鐵企業，而軋制力傳感器是鋼材軋制機的力值測量設備。軋制力傳感器具有線性好、響應速度快、抗過載能力強、滯后性好、量程大、抗偏載能力強等優點，主要用來測量鋼坯在軋制過程中負載力為軋制力的控制提供數據支持，保證輥輪兩端負載力的一致性，對鋼材的質量起到關鍵性的作用，因此保證軋制力傳感器的力值準確性至關重要，需要對軋制力傳感器進行力值校準。

1 電阻應變式軋制力傳感器的校準

在規定的校準環境下，將電阻應變式軋制力傳感器安裝成工作狀態，將電阻應變式軋制力傳感器安裝于疊加式力標準機工作臺中間，與組合墊塊串接，使電阻應變式軋制力傳感器主軸線、組合墊塊與疊加式力標準機加載軸線相重合，使傾斜負荷和偏心負荷的影響減至最小，連接好傳感器和直流穩壓電源及數字多用表，直流穩壓電源接傳感器輸入端，數字多用表接傳感器輸出端，置零，啟動疊加式力標準機油泵對力傳感器施加預負荷至少3次，每次額定負荷的保持時間應為30s～1min。卸除最后一次預負荷后，選擇合適的檢定點：檢定的初級負荷一般為額定負荷的10%～20%，檢定點應盡量均勻分布，一般不少于5個點（不包括零點），讀取零點輸出值，逐級施加遞增負荷，直至額定負荷，在每一級負荷加到后，保持一定時間，讀取數字多用表的示值即為傳感器的輸出值，達到額定負荷后，逐級施加遞減載荷。在每一級負荷退回后，保持一定時間，讀取數字多用表的示值即為傳感器的輸出值，直至退回到零載荷，這一過程連續進行3次，3次測量值的算術平均值即為所求傳感器的輸出值。

2 應變式軋制力傳感器的測量值不確定評定

采用我院的疊加式力標準機對電阻應變式軋制力傳感器進行校準后得出的測量值，對該測量值的不確定度進行分析評定：

2.1 數學模型：Y=Y

式中：Y指的是傳感器的額定輸出

Y指傳感器在額定負荷下的輸出值的平均值

2.2 標準不確定度分量u（Y）的評定

u（Y）的主要來源有以下五個方面

a）測量的重復性，可以A類方法進行評定——u1（Y）

b） 力標準機的準確度，由上級證書給出，以B類方法評定——u2（Y）

c） 直流穩壓電源的穩定度，由上級證書給出，以B類方法評定——u3（Y）

d） 數字多用表的準確度，由上級證書給出，以B類方法評定——u4（Y）

（1）u1（Y）的評定：在實際測量中，選取SLC2040-13/20MN電阻應變式軋制力傳感器，由直流穩壓電源提供10V供橋電壓，在重復性條件下進行3次測量，以3次測量值的算術平均值作為傳感器的輸出值，得到試驗數據見表1：

則測量重復性引入的標準不確定度u1（Y）為：

u1（Y）=■

其中：極差系數C=1.69

（2）力標準機的準確度引入的u2（Y）的評定：估計均勻分布，則

u2（Y）=■

式中：α=0.05%*Y，k=■

（3）直流穩壓電源的穩定度引入的u3（Y）的評定：由上級證書給出，則

u3（Y）=■

式中：α=0.005%*Y，k=2

（4）數字多用表的準確度引入的u4（Y）的評定：由上級證書給出，則

u4（Y）=■

式中：α=0.006%*Y，k=2

（6）u1（Y）、u2（Y）、u3（Y）、u4（Y）彼此獨立，互不相關，則u2（Y）=u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）

2.3 合成不確定度uc（Y）的評定

靈敏系數：由數學模型Y=Y得

c1=■=1

uc（Y）=u（Y）

2.4 擴展不確定度U的評定

U=kuc（Y）（取包含因子k=2）

2.5 根據以上公式計算合成不確定度，不確定度分量表2和合成不確定度表和擴展不確定度表3：

3 結語

通過對應變式軋制力傳感器進行校準實現量值溯源，保證了應變式軋制力傳感器力值的準確可靠，為鋼鐵企業軋制合格的鋼產品提供了技術保障，本文介紹我院疊加式力標準機對應變式軋制力傳感器進行校準方法和不確定度評定方法。

【參考文獻】

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局.力傳感器檢定規程檢定規程：JJG 391-2009[S].北京：中國計量出版社，2012.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局.測量不確定度評定與表示校準規范：JJF 1059.1-2012[S].北京：中國計量出版社，2012.

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