磁電式振動速度傳感器靈敏度校準的測量不確定度研究

張強 王亦涵

摘要：磁電式振動速度傳感器的主要作用是測量軸承或者機械設備的振動情況，為確保測量結果準確，應對其靈敏度進行測量。本文就磁電式振動速度傳感器靈敏度校準的測量不確定度進行探究，詳細闡述測量計算原理和測量計算不確定度的具體方法，旨在為相關人員提供有益參考。

關鍵詞：磁電式振動速度傳感器;靈敏度校準;測量不確定度

中圖分類號：TP2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0121-02

1? 振動速度傳感器與測量不確定度

1.1 振動速度傳感器

振動速度傳感器的工作原理是利用磁電感應來將振動的信號進行轉換，改變成為電信號，使其能夠通過電信號的改變來對機械設備的結構或軸承等部位發生的振動進行感應。在信號的變化過程中能夠了解到設備的狀態，在發生故障時及時發現并進行維修。振動速度傳感器的靈敏度具有非常重要的指示作用，其為故障件檢測的核心構件，一旦出現故障或靈敏度失效，則實際的監測效果的準確率將會不斷下降，無法顯示出結構狀況。在發生問題后無法及時解決，嚴重時可能會造成較大的安全事故[1]。因此，相關的設備維修人員應加強對傳感器靈敏度的重視，加強對傳感器的監測。磁電式振動速度傳感器的輸出信號受到的阻抗較小，在實際的使用過程中能夠測量中頻和高頻的領域，能夠及時、準確的將振動速度表現出來。在信號輸出的過程中，其受到的影響較小，信噪比良好，應用范圍較為廣泛，對設備內部具有摩擦力的元件進行合理調整，因此受到影響較小，同時設備測量效果較為靈敏，能夠對微小的振動進行捕獲，使整體設備的使用壽命延長。

1.2 測量不確定度? 測量不確定度是一個參數，其與測量結果有關，主要表示標準偏差，在對測量不確定度進行定義時，可能會有所不同，但其表示的意義是相近的。在對靈敏度進行測量時，其結果經常不是同一數值，但會在某一定區域內分散，在區域內呈現概率分布，這種在區域內的分散結果即為不確定度。在不確定度變大時，其結果的分散程度也越大，可信賴程度變小;在測量不確定數值在變小時其結構的可信性較高，同時根據數值變化，可以根據計算結果進行合理的分析和調整。

2? 測量原理和方法

2.1 測量模型? 磁電式振動速度傳感器中的傳輸電壓與振動的速度成正比關系，因此可以得到測量模型：

其中：SV表示磁電式振動速度傳感器的靈敏度計算測量數值;I表示運行過程中測得的設備中的電流數值;V振動實驗中的標準速度數值;I1穩定變化對電流產生的影響數值;I2安裝變化對電流產生的影響數值;I3橫向振動使電流發生的變化數值;I4磁場對運行中電流產生的影響。

通過上述的測量數值，可以通過計算公式來對不確定度進行計算：

2.2 不確定度分析與評定? 現設定設備運行的頻率為160Hz，振動速度值為10mm/s，在該條件下對不確定度進行評定，根據計算模型可知，其受到I1、I2、I3、I4等因素影響，因此可以對其進行分別的評定，進而得到完整的測量不確定度。不確定度的評定標準有A類和B類以及合成標準，對于A類不確定度進行評定時，一般使用觀測列和相關的統計學方式進行計算和評定，其得到的結果使用uA來表示，在計算時，通常使用標準偏差來進行計算，其計算的公式為：

在對B類不確定度進行評定時，會通過其他的統計方式進行標準化評定，得到的計算評定結果為uB，該結果在使用過程中會根據相關的信息進行評估和鑒別，含有一定的主觀成分。

合成標準不確定度在測量的過程中，其結果是通過方差等計算方式測量值經過計算得到，使用uC表示，在計算后得到的方差是標準偏差的平方，合成標準不確定度在一定程度上體現出了不確定度的分散性，而合成的計算標準方法能夠標志設備的靈敏系數。

擴展不確定度是一個區間，其通常使用U表示，在測量結果區間，能夠標注出不確定度與包含因子的積，通過區間的劃定，能夠對測量結果的取值區間進行劃分，提供測量可能值。

①在標準速度條件下測量不確定度。使用urel（v）來表示不確定度，使用B類標準進行評定，在計算中引入不同的影響因素進行計算。

首先在標準加速度中引入不確定度，并對其進行合理計算，將標準加速度下的不確定度Urel設定為1%，包含因子k的值為2，對設備的測量不確定度進行計算：

2.3 不確定度產生原因? 使磁電式振動速度傳感器的靈敏度產生不確定度有非常多的原因，其中主要影響因素有以下幾點：①測量和被測量的標準可能與真實情況存在一定偏差，由于目前的科學對其認識尚不完善，導致對實際的測試和測量的方法設計不夠理想化，導致對靈敏度測量不夠精準，存在不確定度;②在進行實驗的過程中，會在實驗的過程中測量多組數據，在進行數據選擇時，可能會由于被選擇的數據不具有代表性，使整體的計算數值出現一定偏差，進而產生不確定度;③在實驗的過程中，溫度和磁場等微弱因素都會對傳感器的靈敏度產生影響，因此，實驗室中可能存在一定的影響因素，目前無法將所有的干擾因素了解全面并排除干凈，使得在不同因素影響下，靈敏度受到影響，不然與實際的數據中存在不同，導致出現不確定度;④實驗室中，需要使用測量儀器對實驗中的數據進行精確的測量，但目前的儀器設備的研發速度還需要提升，儀器設備中本身存在一定的合理范圍內的誤差，同時認為讀數的過程中會對存在主觀意向中的偏移，導致不確定度的產生;⑤在對測量得出的數據進行計算時，需要借助一定的常量，如包含因子等參與計算，但常數的設置和選擇中存在一定的誤差，使整體的計算重存在近似值和假定性，進而存在不確定度;⑥在重復測量的過程中，每一次測量都是在前一次設備運行的基礎上進行的，但測量數值發生重復后，其計算數值會受到重復測量值的影響，使整體的數據發生偏差，出現不確定度[3]。

3? 結論

綜上所述，在對磁電式振動速度傳感器靈敏度的不確定度進行計算和測量時，會通過不同的類型和標準來對不同影響因素進行計算，常用的標準為A類和B類標準，其中A類標準更加客觀，并且具有加強的嚴密性，B類的基于對事件發生的信任程度，二者都具有一定的嚴謹性。在進行不確定度測量計算時，可以根據實際的情況來選擇合適的評定方法。

參考文獻：

[1]寇利霞，王虎成.振動傳感器橫向靈敏度對發動機振動測量的影響[J].中國戰略新興產業，2020（012）：11.

[2]孫京生，李國豪，甘智勇，等.磁電式速度傳感器故障導致發電機組跳機分析[J].自動化與儀表，2019，034（003）：55-57.

[3]魏天舒.間接標準電流源法校準數字式靜電計直流電流的測量不確定度評定[J].品牌與標準化，2020（03）：18-21.