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1、J JIP中华人民共和国国家计量技术规范JJF XXXX201X多分量力传感器校准规范Calibration Spec i f i cat i on for Multi-ponent force transducer（送审稿）xxxx-xx-xx 发布xxxx-xx-xx 实施国家质量监督检验检疫总局发布器，主要用于火箭发动机推力矢量测量、飞行器风洞试验、导弹后座力测试、汽车碰撞 试验时假人受力测试等多分量测力技术中。5 计量特性5. 1工作正常性多分量力传感器及其附件的活动部分应灵活可靠。通电后检查指示仪表，其数字显示应完整、清晰，仪表开关、按键、旋钮等可正常 操作。5.2示值多分量力传感器
2、示值的各项计量特性如表2。表2计量特性表序号计量特性名称1零点输出+2回零差+3额定输出+4输出灵敏度+5重复性+6滞后+7直线度+8长期稳定性*9耦合误差+10耦合系数+注：上表中“ + ”表示适用该项目，“ *”表示在后续校准时适用的项目，不适用于新制造、修理后的 多分量力传感器的校准。6校准条件6.1 环境条件环境温度：（1525） 相对湿度：80%其它条件：校准时不得有影响校准结果的干扰源。6.2 校准用仪器设备校准所用设备应经过计量技术机构检定（或校准），满足校准使用要求，并在有效期 内，量程范围应覆盖被校准多分量力传感器测量范围，其各项技术指标一般应小于被校 多分量力传感器相应指标
3、的l/3o多分量力传感器校准装置：其各分量的测量不确定度小于被校准多分量力传感器相 应分量测量不确定度的1/3；力标准机：其力值测量不确定度小于被校多分量力传感器测量测量不确定度的1/3；扭矩标准装置：其力矩测量不确定度小于被校多分量力传感器测量不确定度的1/3；激励电源：多分量力传感器校准中使用的激励电源输出电压的4小时稳定性，应不 超过多分量力传感器相应准确度指标的1/5；指示仪表：多分量力传感器校准中使用的指示仪表(包括可向多分量力传感器提供 激励电压的指示仪表)的相关准确度指标，原则上应不超过被校多分量力传感器相应准 确度指标的1/3；电荷放大器：相关技术指标的最大允许误差，应不超过被
4、校多分量力传感器相应技 术指标最大允许误差的1/3；数据采集系统：应具有多路通道同步采样功能，其通道数应不小于多分量力传感器 和校准装置数据输出通道数之和。数据采集系统的采样频率应不小于多分量力传感器输 出最高频率的20倍；专用夹具:专用夹具各个加荷位置与多分量力传感器本身受力点之间的有效长度的相 对测量不确定度应小于0. 05%(k=2)o7 校准项目和校准方法7. 1确定校准项目校准项目应涵盖第5章规定的计量特性，也可根据被校多分量力传感器的预期用途选 择使用，对校准规范的偏离，应在校准证书中注目。7.2工作正常性按5.2的要求对多分量力传感器的工作正常性进行手动目视检查。7. 3校准前准
5、备7. 3. 1放置时间传感器应在标准检定条件下放置足够长的时间，保证其温度与标准检定条件的温度 相同并稳定。推荐传感器的放置时间不少于8h。安装及加荷条件按照说明书的要求，将专门的夹具与多分量力传感器正确安装。加荷时应保证多分量力传感器各受力轴线和加荷轴线相重合，使倾斜负荷和偏心负 荷的影响减到最小。7. 3.3连接及预热检定前必须按照正确的接线方法将多分量力传感器与其相连的指示仪器，激励电源 等进行连接，调节激励电源，将其输出电压调节到多分量力传感器规定的激励电压，并 通电预热。预热时间应符合制造厂的规定。在各个部分稳定后，方可进行校准。注：制造厂没有规定预热时间时，多分量力传感器、指示仪
6、器、激励电源等一般预 热半小时至时。预负荷根据多分量力传感器说明书等资料确认校准分量和各分量的测量范围。在每一个分量的单分量校准之前应对多分量力传感器施加预负荷，保持时间一般为 30s o3.5校准范围和校准点的选择各分量的校准范围一般为零负荷至额定负荷，或根据用户需要确定，各分量的校准 点一般不少于5点（包括零负荷点），一般取额定负荷的0%, 10%,20%,50%,100%,或根据 用户需要确定。7.4 零点输出. 4.1取消指示装置的清零功能，按照7. 3. 4的规定进行预负荷，读取最后一次预 负荷卸荷后的零负荷输出值。7 .4.2各分量的零点输出按公式（1）进行计算。乙二组xlOO%*
7、7.5 回零差7. 5.1按照7. 3. 4的规定进行预负荷，读取最后一次预负荷前后指示器的零负荷输 出值。7. 5.2各分量的回零差按公式（2）进行计算。Z = % 电xQQ%7.6额定输出7.6.1 根据需要确定被校分量，调整指示器参数，读取零负荷输出。7.6.2 连续施加三次预负荷，每次卸载后，检查指示器回零，重新调整和记录零负 荷输出值。7.6.3 按负荷递增顺序对各校准点逐点施加载荷，直到额定载荷。校准时在每一级 载荷达到后，保持一定时间，输出基本稳定后读数；保持时间一般取30s。连续校准 时则可按一定的时间间隔采集不同载荷下的输出。7.6.4 达到额定负荷后，按负荷递减顺序卸载，直
8、到零负荷。校准时在每一级载荷 达到后，保持一定时间，输出基本稳定后读数；保持时间一般取30s。连续校准时则 可按一定的时间间隔采集不同载荷下的输出。退回到零负荷后，保持30s读数并调 整指示器零点。7.6.5 6. 5 重复进行7. 6. 37. 6. 4三次。7.6.6 6. 6确定下一被校准分量，按7. 6. 27. 6. 5进行校准，直到所有分量校准完毕。7.6.7 各分量的额定输出按公式（3）进行计算。7.6输出灵敏度1与7. 5的校准同步进行。各分量在额定负荷下的输出灵敏度按公式（4）进行计算。S .=曳”匕7. 6.3对于压电式力传感器，各分量在额定负荷下的输出灵敏度按公式（5）进
9、行 计算。q二喙 G”7. 7重复性7. 7.1与7. 5的校准同步进行。7. 7.2各分量的重复性按公式（6）进行计算。R =00 %7.8滞后7.8. 1与7. 5的校准同步进行。各分量的滞后按公式（7）进行计算。H.=迎 xlOO为7.9直线度1与7. 5的校准同步进行。各分量的直线度按公式（8）进行计算。L100，然7. 10长期稳定性7. 10. 1与7. 5的校准同步进行。各分量的长期稳定性按公式（10）进行计算。Sh. = 3,i 3,i2 xlOO/27. 11耦合系数7. 11. 1确定组合方案7. 11. 1. 1多分量力传感器的分量组合见表3主分量影响分量F、F二%.My
10、工+Fy+工+也+%+注1:上表中表不可实现组合，“-”表示不可实现组合注2：主分量是指在校准过程中任意选定一个分量，根据一定原则（如用户要求或易受其他分量 影响）选定另一个或几个分量作为影响量同时加载，用来校准影响量对选定的主分量的影响。7.11.1.2 按照用户要求，选择要校准的分量选择全部或部分组合试验。7.11.1.3 选择主分量和影响分量的零负荷点作为第一个校准点，也可根据需要施加 一定的预负荷后，将指示器清零，作为零负荷校准点。7.11.1. 4对每一种组合情况可根据用户需要在主分量的量程范围内选择负荷点， 在其影响分量测量范围内根据用户需要选择负荷点进行组合试验。对两个以上分量耦
11、合误差校准时，影响分量的加载过程应按照分量数由 少至多、负荷由小至大的原则进行。进行两分量组合校准时，相对于主分量，其余各分量进行单独加荷，分 别校准这些分量对主分量的耦合系数。7. 11.2校准程序7.11. 2.1在多分量力传感器上同时施加选定的各分量负荷的最大值，再卸回零负 荷，施加预负荷过程3次。7. 11. 2. 2记录零负荷状态下各分量示值。按照选定的校准方案，先施加某主分量，在第一级负荷（包括零负荷点） 加到后，读取各分量输出值。逐步施加各影响分量的各个负荷（包括零负荷点），分别读取各负荷加载 后多分量力传感器各分量的输出值，直到最大负荷后卸除影响分量，读取各分量的 输出值。7.
12、 11. 2. 5施加主分量的下级负荷，读取各分量输出值，再按7. 11. 2. 4进行各影响 分量的组合试验。7.11. 2. 6顺序施加主分量选定的其他负荷点，按7.11. 2. 5的规定，进行主分量其 他符合点的组合试验，直到选定的主分量各负荷点组合试验全部完成，将所有分量 的负荷都卸到零负荷，读取各分量的输出。7. 11. 2. 7按7. 11. 2. 2-7. 11. 2. 6进行其他选定的主分量组合试验。计算校准结果各分量的耦合误差按公式（11）c =100J/各分量的耦合系数按公式（12）8 校准结果表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告应至少包括如下信息：a）
13、标题，“校准证书”;b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）送校单位的名称和地址；f）被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期，若与校准结果的有效性及应用有关时，应说明被校对象的接收 日期；h）如果与校准结果的有效性及应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；i）对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k）校准环境的描述；1）校准结果及其测量不确定度的说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期
14、；o）校准结果仅是对被校对象有效的声明；P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。经校准的多分量力传感器，发给校准证书或校准报告，加盖校准印章。9 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所 决定的，因此，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔，一般建议为1年。附录A多分量力传感器校准记录委托单位：地址：产品名称： 型号、规格： 编号： 制造厂家：温度：r相对湿度：%rh校准依据：JJF XXXX-XXXX多分量力传感器校准规范表A. 1单分量校准记录负荷()方向指示器读数单位：重复性 ,滞 后 ()理 论 值线性 误差上次 示值(
15、)稳定度 ()测量不 确定度 (k=2)进程回程123平 均 值123平 均 值回零回零差示值分辨力测量范围校准用标准器：型号：编号：有效期：校准：核验：校准日期：主分量 ()对主分量的耦合影 响_对_ 的耦合 误差()一对 的耦合 系数()影响 量负 荷主分 量输 出影响 量输 出回零差校准用标准器:表A.2多分量组合校准记录型号：编号：有效期:附录B输出灵敏度校准结果的测量不确定度评定B.1数学模型输出灵敏度按公式（B.1）计算:式中：S”一一多分量力传感器第，个分量单独校准时额定负荷下的输出灵敏度，单位为毫 伏每伏（mV/V）；eni多分量力传感器第，个分量单独校准时额定负荷下的输出平均
16、值，单位为毫 伏（mV）；V,多分量力传感器第，个分量单独校准时激励电压的平均值，单位为伏（V）；B. 2灵敏系数按照不确定度传递率，S”的合成标准不确定度按公式（B.2）计算：(B.2)(B. 3)(B.4)uc （S.） =/2（戏。“2仞）+ 02x“2（匕）灵敏系数按公式（B.3）和（B.4）计算：/号0 .。（匕）=-谭 匕B. 3不确定度来源分析B. 3. 1 （然）的来源如下：a）示值重复性引入的测量不确定度对b）力标准装置引入的测量不确定度“2C）指示仪表的示值及漂移引入的测量不确定度的B. 3. 2 （匕）主要来源于激励电源的不稳定。B. 4测量不确定度评定B. 4. 1多分
17、量力传感器在额定负荷下示值的相对不确定度吃评定如下：a）重复性测量引入的相对标准不确定度按式（B.5）计算：%产 /（B.5）an xx 0ni式中：小示值重复性引入的相对测量不确定度，%;程一一多分量力传感器在额定负荷下示值多次校准数据的极差，单位为毫伏（mV）；dn根据测量次数查表得到的系数；n测量次数。b）力标准装置引入的相对测量不确定度按式（B.6）计算：%rel=*（B-6）式中：“2一一力标准机引入的相对测量不确定度，%；uF力标准机的相对扩展不确定度，%；用包含因子；c）指示仪表的示值及漂移等引入的相对测量不确定度按式（B.7）计算：%=乎（B.7）左2式中：小指示仪表的示值及及
18、漂移等引入的相对测量不确定度，%;uD指示仪表指示值的相对扩展不确定度，%；攵2包含因子；J按式（B.8）计算：（配）=+ 松久；+ *Sr/（B. 8 ）B. 4.2 自（匕）按公式（B.9）计算：AV.“）=一（B.9）1.13xV2xV.式中：（匕）由激励电源的不稳定引入的相对测量不确定度，%；匕一一激励电压两次测量的差值，单位为伏（V）；B. 5合成标准不确定度相对合成标准不确定度按公式（B.10）计算：ucrel（S,） =/2（心）人/（/）+。2（匕）/（匕）（B. 10）B. 6相对扩展不确定度测量结果按正态分布，取左=2,则相对扩展不确定度按公式（B.11）计算：/SQ =
19、2%e/（SQ（B.11）JJF XXXX-201XJJF XXXX-201X多分量力传感器校准规范CaI i brat i on Spec i f i cat i on forMu It i-ponent force transducer归口单位：全国力值硬度计量技术委员会主要起草单位：北京航天计量测试技术研究所北京长城计量测试技术研究所 上海精密计量测试研究所参加起草单位：中国计量科学研究院陕西省计量科学研究院本规范委托全国力值硬度计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：梅红伟（北京航天计量测试技术研究所）秦海峰（北京长城计量测试技术研究所）罗晓平（上海精密计量测试研究所）参加起草人：李廷
20、元（北京航天计量测试技术研究所）张伟（中国计量科学研究院）张崇武（陕西省计量科学研究院）引言II范围11 引用文件1术语和计量单位13 . 1 术语14 .2量的符号、单位与定义1概述34 计量特性45. 1 工作正常性46. 2 示值4校准条件46.1 环境条件46.2 校准用仪器设备4校准项目和校准方法56.3 1确定校准项目56.4 工作正常性56.5 校准前准备56.6 零点输出66.7 回零差66.8 额定输出66.9 输出灵敏度76.10 7 重复性76.11 滞后76.12 直线度76.13 10 长期稳定性76.14 11 耦合系数7校准结果表达97 复校时间间隔9附录A10附
21、录B12本规范根据JJF 1071-2010国家计量校准规范编写规则规定的规则编写。本校准规范在制订过程中充分考虑了 JJF （军工）20-2012多分量测力仪校准规范, JJG 391-2009力传感器检定规程，JJG 632-89动态力传感器检定规程中的术语、符号 与定义以及相关的技术要求。本规范给出了校准多分量力传感器计量特性的校准条件、 校准项目和校准方法。本规范系首次发布。多分量力传感器校准规范1范围本规范适用于各力值分量不大于5MN、力矩分量不大于10 kNm的多分量力传感器的 校准。2引用文件本规范引用下列技术条件JJG 1011-2006力值与硬度计量术语及定义JJF （军工）
22、20-2012多分量测力仪校准规范JJG 391-2009力传感器检定规程JJG 632-89动态力传感器检定规程凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件, 其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3 术语和计量单位3. 1 术语单分量校准 calibration of a ponent对多分量力传感器的某一个分量单独进行校准的过程。多分量校准 calibration of multi-ponent对多分量力传感器的两个或两个以上分量同时施加载荷进行校准的过程。3. 1. 3 载荷保持校准 calibration of load containment在多分
23、量力传感器校准过程中，施加到某一设定负荷稳定后保持一定时间，由数据 采集系统采集并比较标准装置和被校多分量力传感器的数据，完成对被校准多分量力传 感器的校准并分析其性能的一种校准方法。3. 1. 4 连续校准 progression calibration在多分量力传感器校准过程中，由力的发生装置连续加载或卸载到设定载荷，由数 据采集系统采集并比较标准装置和被校多分量力传感器的数据，完成对被校准多分量力 传感器的校准并分析其性能的一种校准方法。3.1.5 耦合误差 coup! i ng error对多分量力传感器进行校准时，某分量的输出因受到其他分量的耦合干扰而产生的 误差。3. 1. 6 耦
24、合系数 coupling coefficient对多分量力传感器进行校准时，某分量对其他分量输出耦合干扰的系数。3.2量的符号、单位与定义本规范所使用量的符号、单位与定义见表1。表1量的定义与符号符号单位定义Zj%FS第，个分量的零点输出*1/分量序号mV,V,N, Nm施加第，个分量最后一次预负荷后的相应分量零负荷下的读数mV,V,N, Nm第i个分量单独校准时额定负荷下输出的平均值Z”%FS第，个分量的回零差%mV,V,N, Nm施加第i个分量最后一次预负荷前的相应分量零负荷下的读数%mV,V,N, Nm第，个分量校准时，额定负荷下读数的平均值%mV,V,N, Nm第，个分量校准时，零负荷
25、下读数的平均值mV/V第i个分量校准时额定负荷下的灵敏度匕V第，个分量校准试验开始时测得的激励电压%pC/N第i个分量校准时额定负荷下的电荷灵敏度4V第i个分量校准时额定负荷下的输出读数G,NN 或 Nm/V第i个分量校准时电荷放大器设定的衰减档读数pC/N第i个分量校准时电荷放大器设定的归一化读数F,nN或Nm第i个分量的额定负荷&%FS第i个分量的重复性mV,V,N, Nm第i个分量在进程重复校准时各负荷点输出的极差值Hi%FS第i个分量的滞后%mV,V,N, Nm第2个分量的回程校准曲线与进程校准曲线偏差的最大值符号单位定义Li%FS第，个分量的直线度A%mV,V,N, Nm第i个分量的
26、进程平均校准曲线与平均端点直线偏差的最大值Sbt%FS第，个分量的长期稳定性么mV,V,N, Nm第i个分量上次校准时额定负荷下的输出平均值九2mV,V,N, Nm第i个分量本次校准时额定负荷下的输出平均值J/影响分量序号Csg%FS影响分量/对主分量i的输出灵敏度的影响%mV,V,N, Nm单独施加主分量i的各个负荷点（包括零负荷点）时进程平均示值与 同时施加影响分量j的各个负荷后主分量，对应负荷点输出进程平 均示值之间差值的最大值m/第，个主分量的负荷点级数k/施加第/个影响分量的负荷点级数A. ijtnk/施加第，个主分量的第根个负荷点（包括零点）时，同时施加影响分量J的第个负荷点（不包括零点）时，对主分量的耦合系数ijmkmV,V,N, Nm施加第i个主分量的第加个负荷点（包括零点）时，同时施加影响分 量）的第左个负荷点（不包括零点）时，主分量输出的进程平均示值%mV,V,N, Nm单独施加第i个主分量的第机个负荷点（包括零点）时，主分量输出的进程平均示值%nkmV,V,N, Nm施加第，个主分量的第加个负荷点（包括零点）时，同时施加影响分量J的第攵个标准负荷（不包括零点）4 概述多分量力传感器指能对力矢量的六个广义力分量中至少两个分量进行测量的力传感