《2022年液压油缸试验台中压力测量的误差及不确定度分析参照 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年液压油缸试验台中压力测量的误差及不确定度分析参照 .pdf（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、液压油缸试验台中压力测量的误差液压油缸试验台中压力测量的误差及不确定度及不确定度及不确定度分析分析引言在工程机械行业中，普遍需要使用各种规格、各种安装形式的液压油缸，因此，液压油缸的质量在工程机械的整体性能表现中起着很重要的作用。因此，对液压油缸的检测成了必不可少的项目。依据2006 年实施的GB/T 15622-2005 液压缸试验方法标准，液压油缸的试验项目和试验方法如下：1 试运行调整试验系统压力，使被试液压缸在无负载工况下起动，并全行程往复运动数次，完全排除液压缸内的空气2 起动压力特性试验试运转后，在无负载工况下，调整溢流阀，使无杆腔(双活塞杆液压缸，两腔均可)压力逐渐升高，至液压缸
2、起动时，记录下的起动压力即为最低起动压力。3 耐压试验使被试液压缸活塞分别停在行程的两端(单作用液压缸处于行程极限位置)，分别向工作腔施加 1.5 倍的公称压力，型式试验保压2 min;出厂试验保压10 S。4 耐久性试验在额定压力下，使被试液压缸以设计要求的最高速度连续运行，速度误差为士10%。一次连续运行8h 以上。在试验期间，被试液压缸的零件均不得进行调整。记录累计行程。5 泄漏试验5. 1 内泄漏使被试液压缸工作腔进油，加压至额定压力或用户指定压力，测定经活塞泄漏至未加压腔的泄漏量5.2 外泄漏进行 2,3,4,5.1 规定的试验时，检测活塞杆密封处的泄漏量;检查缸体各静密封处、结合面
3、处和可调节机构处是否有渗漏现象5.3 低压下的泄漏试验当液压缸内径大于32mm 时， 在最低压力为0.5 MPa(5b ar)下;当液压缸内径小于等于32mm 时，在 1 MPa(10 bar)压力下， 使液压缸全行程往复运动3 次以上， 每次在行程端部停留至少10s。在试验过程进行下列检测: a) 检查运动过程中液压缸是否振动或爬行; b) 观察活塞杆密封处是否有油液泄漏。当试验结束时，出现在活塞杆上的油膜应不足以形成油滴或油环; c) 检查所有静密封处是否有油液泄漏; d) 检查液压缸安装的节流和(或)缓冲元件是否有油液泄漏; e) 如果液压缸是焊接结构，应检查焊缝处是否有油液泄漏。6 缓
4、冲试验将被试液压缸工作腔的缓冲阀全部松开，调节试验压力为公称压力的50，以设计的最高速度运行，检测当运行至缓冲阀全部关闭时的缓冲效果。7 负载效率试验将测力计安装在被试液压缸的活塞杆上，使被试液压缸保持匀速运动，按下式计算出在不同压力下的负载效率，并绘制负载效率特性曲线8 高温试验名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 在额定压力下，向被试液压缸输人90的工作油液，全行程往复运行1 h。9 行程检验使被试液压缸的活塞或柱
5、塞分别停在行程两端极限位置，测量其行程长度。由以上试验标准可知，试验过程中的压力测量在整个试验过程中起着关键的作用，并对试验结果是否合格起着决定作用。因此，压力数据的准确与否非常重要，下面，本文对压力测量的误差及不确定度进行简要分析。测量不确定度基本概念测量不确定度在词义上表 征了测量结果有效性的可疑程度或不 肯定程度。 从传 统上 理解 , 它是被测量 真值 所处 范围 的估计值 , 现 代的测量不确定度被定义为: “表征 合理地赋予 被测量之值 的分 散性, 与测量结果 相联 系的 参数” 。下面 介绍 与压力测量过程密切相 关的一 些基本概念 。( 1) 量值。一般由一个数 乘以测量单位
6、所表示的特定量的大小。量值是量的表 示形式。 通常任何 可测的量 都是由数 值 和计量单位 组合 而成, 如 105 Pa, 760mmHg, 30 psi 等压力的量 值。应当 区分数 值与量 值。数值是数 , 它是量 值的组成部分 , 如 105, 760, 30 是数 值, 它们 不包含 计量单位, 故非量 值; 而 Pa, mmHg, psi 为计量单位。应当指出: 数值大的不一定量 值大, 数值小的也不一定量 值小。( 2) 量的 真值 。与 给定的特定量的定义一致的值 。真值只 有在被测量有完善的定 义, 并 通过完 善的测量 才有可能 获得。由于被测量的定义和测量 都不可能 做到
7、 完 美无瑕, 所以 通过测量不能 获得真值 。( 3) 约定真值 。对于 给定目的 具 有适当不确定度并赋予 特定量的 值, 有时 该值 是约定 采用的。约定真值 有时称为指定 值、最佳估 计值、约定值或参考值 。通常用 某量的 多次测量结果的 平均值来 确定约定 真值 。( 4) 测量结果。由测量所得 到的 赋予 被测量的 值 。在给出测量结果时 , 应说明它 是示值 、未修正 测量结果或已修正 测量结果 , 还应表 明它 是否为 几个值的平均值 。 测量结果 仅是被测量的最佳估 计值, 并非 真值 。在测量结果的完整表述中必 须包括 测量不确定度, 必要时 还应 说明 有关 影响 量的取
8、值范围 。( 5) 测量准确度。测量结果与被测量真值之 间的一 致程度。可以用准确度高低、准确度为0. 25 级、准确度为 3 级等表 述方法。特别应注意 : 不要将 术语“精 密度 ” 、 “精 度”来 表示“ 准确度 ” 。因为精密度 反映 在规定的 条件下各 独立 测量结果间的分散性。 多 次测量同一量所得结果的分散 性小, 但并不表 明测得的结果与真值 一致 。精度过 去用来描述仪器 的综合误差 , 现在 国标已 不再采 用。( 6) 测量结果的 重复性。在 相同测量 条件下 , 对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一 致性。相同测量 条件是指 : 相同的测量程 序 、相同的观测
9、 者 、使用 相同的测量 仪器 、相同的 地点 、在短时间内进行重复测量等。这些条 件又称为 “重复性 条件” 。重复性可以用测量结果的分散性定量 地表示 。由重复性 引入 的不确定度是 诸多来源之 一。重复性用在重复性条 件下 , 重复观测结果的实验标准差(称为重复性标准差) Sr 定量 地给 出。重复观测中的变动性是由于所有影响 结果的 影响 量不能完全保持恒定而引 起的。( 7) 测量结果的 复现性。在 改变 了的测量 条件下 , 同一被测量的测量结果之间的一 致性。这里变化 了的测量 条件 包名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
10、- - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 括: 测量 原理 、测量方法、观测者、测量 仪器 、参考 测量标准、 地点、时间、使用 条件。 这些条 件可以 改变 一项、 多项或全部 , 它们会影响 复现性的数 值。因此 , 在复现性的有效表述中, 应说明变化 的条件。 复现性可以用测量结果的分散性来定量 地表示。 在复现性 条件下 , 复现性用重复观测结果的实验标准差(称为复现性标准差) SR 定量 地给出。 这里 , 测量结果 通常理解 为已修正 结果。复现性 又称为 再现性。( 8) 实验标准 偏 差。对同一被测
11、量作n 次测量 , 表征测量结果分 散性的量可以表 述为S （ qi） =?q? q?(1) 式中 , q?为第 i 个测量 点 , 第 k 次测量结果 ; S（qi）为第 i 个测量 点的实验标准差; qi为第 i个测量 点, n 次测量结果的算术平 均值; q? q? 为残差, 记为 Vik。式(1)称为 贝塞尔公式 , 用于计算单 点 测量结果的标准差S（qi） 。而 S （qi）= S（qi）/ n 称为平均 值的实验标准差 , 它 与 S （qi）具 有相同的 自由度 , 均为 n - 1。在不确定度 评定中 , 以平均值 qi 作为测量结果的最佳估 计值, 以 S（qi）作为由重复
12、性 引入 的 A 类标准不确定度。( 9) 测量 不确定度。表 征合理地赋予 被测量 之值 的分 散性, 是与测量结果相联系的 参数。在测量结果的完整性表述 中, 应包括 测量不确定度。测量不确定度可以是标准差或其倍数, 或说明 了置信水平 的区间的 半宽 度。不确定度 恒为正值 , 在其数 值前 面不要加 号。不确定度 通常由 多个分量 组成, 对每个分量均要评定其标准不确定度。评定方法分为A, B 两类。A 类评 定是用对观测列进行统计分析的方法, 以实验标准差表征; B 类不确定度以 估计的标准差表 征。不确定度有 绝对和 相对两种表 示形式 , 绝对形式表 示的不确定度与被测量的量纲相
13、同, 相对形式无量 纲。( 10) 标准不确定度。以标准 偏差表 示 的测量不确定度。绝对标准不确定度用u 表示。( 11) 相对不确定度。不确定度除以测量结果y 的绝对值(设 y 0 )。相对标准不确定度用ur 表示。( 12) 合成标准不确定度。当测量结果是由若干 个其 他量的 值求得时 , 按其 他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。合成标准不确定度用uc 表示, 相对值 用 ucr 表示。( 13) 扩展 不确定度。确定测量结果 区 间的量 , 以标准差的倍数表示。扩展 不确定度表 明了具有较大置 信区间的半带宽 , 即合 理赋予 被测量 之值 分布的大部分可 望包含 于此区间。 扩
14、展 不确定度用U 表示, 相对 值用 Ur 表示。( 14) 包含 因 子。为求得 扩展 不确定度 , 对合成标准不确定度所乘之数字因子。包含因子记为 k。置 信概 率为 p 时的 包含 因子用 kp 表示。实验数据误差及不确定度分析在 我公司生产 的油缸试验 台中，压力测量均 采用压力 变送器 ，压力变送器 是一种将压力变量转 换为可 传递 的标准 化输出 信号仪 表， 而且 其输出 信号与压力 变量之间有一 给定的连续 函数关系 ( 通常为线性 函 数) 。 随 着科学技术 的发展 ，工业测 控技术 要求及 自动化水平 的提高，而迅 速发展 起来的 新型压力测量 仪器 ，在油 田、电厂及
15、冶金 等行业中有 越来越多 的使用。 用压力 变送器来 测量压力、 差压、流量和液位 信号 ，具有其 它直读 式压力表无法 比拟 的优越 性: 可远距离传 输信号 、智能化程度高及调整方便等。为确保压力变送器 测量准确，结果可靠，保证生产 安全 稳定运行，必 须对其测量不确定度进行分析。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 压力 变送器 有 电动和气动两大类: 电动的标准 化输出 信号主 要为3 10mA 和 4 20
16、mA( 或 1 5V) 的直流 电信号 ; 气动的标准 化输出 信号主 要为20 100kPa 的气体压力。不排除 具有特 殊规定的其 他标准 化输出 信号 。压力 变送器通 常由 感压单元、 信号 处 理和转 换单元 组成。有些变送器增 加了 显示单元， 有些还具 有现 场总 线 功能。压力 变送器 的结构 原理图 如图 1 所示。图 1 压力 变送器 按原理 可分为 电容 式、 谐振式、压 阻式、力 ( 力矩) 平衡式、 电感 式和应 变式等。 我公司选 用的压力 变送器 是输出为 4 20mA 直流信号 的两线制 变送器 ，压力 变送器的检定 框如图 2 所 示。图 2 压力由液压系统产
17、生 ，压力 变送器 输出 直流信号 由 NI 公司的 Labview 数据采集卡 及采集系统 显示 、记录，压力 变送器 所需 24V 直 流电压由 直流电源供给 。测量时， 从下限压力 值开始平稳地 加载压力 信号到 各个检定 点，读取 并记录 变送器 的输出 值至上限压力 值，然后反方向 改变 压力 信号到 各检定 点，读取 并记录输出 值至下限压力 值，一 般应连续进行3 次循环检定， 取 3 次 循环检定结果的算术平 均值，作为各检定 点实际输出电流值。数 学模 型压力 变送器 输出 电流误差的数 学模 型为 : I = Id IT( 1) 式中 I 变送器 各检定 点的基本误差 值，
18、mA; Id变送器 检定 点的实 际输出 电 流值，mA; IT变送器 检定 点的理论 输出 电流值，mA。而理论 输出 电流 值为: IT= ?P+I0 ( 2) 式中 Im 压力 变送器 输出量程， Im = 16mA; p 压力 变送器 输入压力 值，MPa; pm 压力 变送器 输入量程， pm = 4MPa; I0 压力 变送器 输出起 始值 ，I0 = 4mA。将式 ( 2) 代入 式( 1) 得 : I = Id(?P + I0) ( 3) 从数 学模 型中可以 看出，对 I 有影响 的是 Id和 p 两个 参量。实 际输出 电流 Id对变送器 输出误差的 灵敏 系数为 C1 =
19、 ?= 1，输 入压力 p 对变送器 输出名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 误差的 灵敏 系数 C2 =?= - ?=-4mA/MPa 。标准不确定度 评定实 际输出 电流 Id引起的标准不确定度u(Id) 的评定Id的标准不确定度来源主 要来自采集卡 的最大 允许误差，测量重复性误差和环境温度影响 。采集卡 最大 允许 误差 引起的标准不确定度分量u1( Id) 的评定本试验 台中，记录输出 电流设 备 是 NI
20、 公司的 Labview 数据 采集卡 ，其最大 允许 误差为 ( 0.02%读数+ 0.003% 量程 ) ，按 B 类不确定度方法 评定，均匀分 布，半宽 a = 0.004 75mA，含包 因子 k = 3，故采集卡 最大 允许 误差 造 成的标准不确定度为: u1( Id) = ?= ?.? ?= 0.0027mA 估计? ? ? 10%，则 u1( Id) 自由度为 : v1( Id) = ? ? ? ?%?= 50 多 次测量重复性 引起的标准不确定度u2( Id) 的评定对压力 变送器 进行3 个 循环的测量，在输入相 同的压力下，输出电流值不尽相 同，取算术平 均值作为测量结果
21、， 则 u2( Id) 用 A 类不确定度方法评定，本例测量结果的数据见表 1。表 1 实际输出 电 流值mA 输入压力点 MPa第 1 次循环第 2 次 循环第 3 次循环平均值上行程下行程上行程下行程上行程下行程0 3.999 3.997 4.000 3.998 4.001 3.998 3.999 1 7.993 7.990 7.995 7.992 7.995 7.989 7.992 2 11.992 11.998 11.993 11.997 11.992 11.994 11.994 3 15.988 15.986 15.990 15.986 15.987 15.993 15.988 4
22、19.990 19.990 19.992 19.992 19.996 19.996 19.993 在 5 个检定 点 上，实验标准 偏 差 S( Id) 可按 贝塞尔公式计算 : S（Id） =?I? I?取 n = 6，分别计算得 到 5 个检定 点上的 S( Id)分别为 0.001、0.0025、0.002 6、0.002 8、0.002 8mA。取 其中的最大 值作为单次测量的实验标准偏差，其 自由度 6 个测量 值的平均值的标准 偏差 u2( Id) = ?.? ?= 0.0011mA，其 自由度 V2( Id) = 6-1 = 5。检定环 境温度 引入 的标准不确定度u3( Id)
23、 的评定本次 评定中温度 控制在 21 ， 因检定规程中规定环境温度为 20 5 ，检定环 境温度引起的标准不确定度可以忽略 不计，检定环 境温度 引入 的标准不确定度u3( Id) = 0。实 际输出 电流的标准不确定度u( Id) 计算u( Id)的各分量u1( Id) 、 u2( Id)和 u3( Id)互不相关， 故其为 : u( Id) = ?U1?Id? U2?Id? U3?Id?= 0.0029mA 有效 自由度为 52。压力 变送器 输入 压力 值 p 的标准不确定度u( p) 的评定压力 值 p 的标准不确定度主要来自 压力 显示器 的最大 允许 误差，调压重复性误差和环境温
24、度 影响 。压力 显示器 最大 允许 误差 引起的标准不确定度分量u1( p) 的评定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 本次 评定中记录输 入电 压是由 CST2002 的 0 4MPa 模块把 压力 传输到 CST2002 内部的压力 显示器 ，其最大 允许 误差为 0.05%，按 B 类不确定度方法评定，均匀分 布，半宽 a = 0.002MPa，含包 因子 k = 3，故压力 显示器 最大 允许误差 造成的标
25、准不确定度为: u1( p) = ?= 0.0012MPa估计u1? p?u1? p?= 10%， 则 u1( p) 自由度为 : v1( p) = 50 多 次调压重复性 引起的标准不确定度u2( p) 的 评定对压力 变送器 进行3 个 循环的调压，在输入相 同电压时 也存在一定的误差，取算术平 均值作为测量结果，则 u2( p) 用 A 类不确定度方法 评定，本 例测量结果的数据见表 2。表 1 实际 输出压力 值MPa 输入压力点 MPa第 1 次循环第 2 次 循环第 3 次循环平均值上行程下行程上行程下行程上行程下行程0 0.0000 0.0001 0.0002 0.0001 0.
26、0000 0.0003 0.0001 1 1.0002 1.0001 1.0000 1.0002 1.0002 1.0001 1.0001 2 1.9997 1.9999 2.0002 2.0001 2.0000 1.9999 2.0000 3 2.9999 3.0000 3.0001 2.9998 3.0000 3.0000 3.0000 4 3.9998 4.0001 4.0001 3.9998 4.0002 4.0001 4.0000 由 贝塞尔公式， 取 n = 6 计算得 S( p) 的 值分别为 0.00012、0.00009、0.00018、0.00011、0.00017MPa。
27、取其中的最大 值作为单次测量的实验标准偏差，6 个测量 值的平均值的标准 偏差: u2( p) = ?.?= 0.00007MPa 其 自由度 2( p) = 6-1 = 5。检定环 境温度 引入 的标准不确定度u3( p) 的评 定本次 评定中温度 控制在 21 ， 因检定规程中规定环境温度为 205 ，检定环 境温度 引起的标准不确定度可以忽略 不计，检定环 境温度 引入 的标准不确定度u3( p) = 0。实 际输出压力的标准不确定度u( p) 计算u( p) 的各分量u1( p) 、 u2( p) 和 u3( p) 互不相关，故其为 : u( p) =?U1?P? U2?P? U3?P
28、?= 0.00122 + 0.000072 = 0.0012MPa 有效 自由度为 : v( p) =50 合成标准不确定度评定综 合上 述分析，标准不确定度各分量见表 3。表 3 标准不确定度一览表来源符号来源u( xi) 灵敏系数ci ui ( I) 自由度vi 输出电流/mA u( Id) 实际 输出 电流0.0029 1 0.0029 52 u1( Id) 数字电流表最大允许误差0.0027 50 u2( Id) 测量重复性0.001 5 u3( Id) 环境 温度 影响0 0 输入压力/MPau( p) 实际 输入压力0.0012 -4 -0.0048 50 u1( p) 压力显示器
29、最大允许误差0.0012 50 u2( p) 测量重复性0.00007 5 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - u3( p) 环境 温度 影响0 0 因 u( Id) 和 u( p) 相互独立 ，故合成不确定度为: Uc(I) = ?C1 u? Id? ? C2 u? P? ?= 0.0056mA uc(I) 的自由度为 : veff=82 扩展 不确定度的 评定取 置信概 率 P = 95%，对 照 t 分布 t9
30、5(veff) =1.99 ，所以 扩展不确定度为 : U95 = 1.99 0.0056 = 0.0111mA 测量不确定度 报告压力 变送器 在 p = 3MPa、4MPa 两检定 点处， 示值基 本误差检定结果的扩展 不确定度为U95 = 0.0111，P = 95% ， veff = 82。结束语压力 变送器校 准规 范规定压力 变送器 的最大 允许 误差是 0.08mA，该试验 台在使用 采集卡进行压力 变送器读取 时，如果 示值 误差或 回程误差在 -0.0111-0.0080 mA 之间或 0.0080.0111mA 之间时，应 考虑采集卡 进行 校准时的测量不确定度，并在校准报告 中进行 说明 。以上对试验 台压力 采集 系统测量不确定度的分析，有助于对测量结果准确的把握 ，从而进一步提 高测量的准确度， 为提高该试验 台 的测试质量 打下了 坚实基础 ，也从而提 高了油缸的出厂质量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -