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类型JJF - 工作扭(转)矩机校准规范-不确定度分析报告.doc

  • 上传人:oceanpvg
  • 文档编号:7199308
  • 上传时间:2019-05-09
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    JJF - 工作扭(转)矩机校准规范-不确定度分析报告.doc
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    1、JJF xxxx-XXXX18附件 2工作扭(转)矩机校准规范不确定度分析报告起草:中国船舶重工集团公司第七四研究所审查:全国力值硬度重力计量技术委员会JJF xxxx-XXXX18工作扭(转)矩机校准规范校准结果不确定度评定规范的附录 A、附录 B 和附录 C 分别给出了扭矩示值、转速示值和转角示值的测量不确定度评估方法。按照规定的方法进行实例评定,已验证方法的可行性和和合理性。1、扭矩示值不确定度评定1.1 概述1.11 被校对象:工作扭(转)矩机(以下简称扭矩机) 。1.12 主要标准器:标准扭矩仪。1.13 测量依据:JJFxxx20 工作扭(转)矩机校准规范 。1.14 环境条件:1

    2、035,校准过程中温度波动不大于 5;相对湿度:80%。1.15 测量过程:在规定的校准条件下,使用标准扭矩仪校准时,扭矩机同轴串接标准扭矩仪成工作状态,满量程预扭 3 次,将其示值调至零点或作为零点的起始位置,逐点递增施加扭矩,至各校准点保持稳定后记录相应进程示值,至测量上限后逐渐递减卸除扭矩。校准过程连续进行 3 遍,每次校准前均应将扭矩机示值指示装置调零。1.2 数学模型(A.1)M式中: 扭矩机的扭矩示值误差;标准扭矩仪三次进程示值的算术平均值;M工作扭矩机的扭矩进程示值。根据函数误差理论由公式(A.1)可以导出扭矩机扭矩误差的合成标准不确JJF xxxx-XXXX18定度:(A.2)

    3、22()()()cuuMu1.3 方差和灵敏系数的灵敏系数 (A.3)1c的灵敏系数 (A.4)M2M由于 与 彼此独立,且灵敏系数为 1,则公式(A.2)可简化为:(A.5)22()()()cuu1.4 不确定度来源分析1.41 由测量所用标准装置引入的不确定度分量 1u1.42 安装同轴度因素引入的不确定度分量 21.43 测量重复性引入的标准不确定度分量 3u1.44 扭矩分辨力引入的标准不确定度分量 41.5 测量不确定度评定1.51 由测量所用标准装置引入的不确定度:对于扭矩机校准所用标准器-标准扭矩仪,经上一级校准给出标准扭矩仪的扩展不确定度为 Us,取 k=2,选取校准点为 M,

    4、则由测量所用标准装置引入的标准不确定度为:(A.6)s12Uu1.52 安装同轴度因素引入的不确定度:根据测量依据对同轴度的要求,可计算出扭矩测量仪安装到工作扭矩机上由同轴度因素导致产生扭矩偏差为 t,按均匀分布考虑,取 k= ,则3(A.7)23tuJJF xxxx-XXXX181.53 测量重复性引入的标准不确定度:运用极差法估计单次试验标准差:(A.8)maxinDsC式中 C 为极差系数,由于实际测量中测量了三次,故 C 取 1.69,则不确定度分量:(A.9)maxin33su1.54 工作扭矩机分辨力引入的标准不确定度:指示器分辨力或估读数为 r,服从均匀分布,k= ,则其标准不确

    5、定度为:(A.10)423ru1.6 合成不确定度评定A.1 不确定度分量汇总表不确定度分量 不确定度来源 评定方法 标准不确定度1u标准装置引入 B s12UuM2安装同轴度因素 B 3t3u测量重复性 A maxinDC4分辨力 B 23r考虑到重复性测量引入的不确定度和分辨力引入的不确定度分量的相关性,两者取较大值计算合成不确定度,假定重复性测量引入的不确定度分量大于分辨力引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算:(A.11)222s maxin()()3ctUDuMCJJF xxxx-XXXX18假定分辨力引入的不确定度分量大于重复性测量引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算

    6、:(A.12)222s()()3ctUruM1.7 扩展不确定度评定取包含因子 k=2,则扩展不确定度按式(A.13)计算:(A.13)cUku相对扩展不确定度按式(A.14)计算:(A.14)rel10%ckM1.8 测量不确定度评定示例1.81 测量信息选取测量范围为(0-1000)Nm,准确度等级 0.3 级,经上一级校准给出标准扭矩仪的扩展不确定度为 0.3%,k=2 的标准扭矩测量仪,对测量范围为(0-600)Nm 工作扭矩机进行校准,分别在满量程的 20%、40%、60%、80%、100%点处进行测量,每点在重复性条件下连续测测量 3 次,得到测量数据见下表。表 A.2 测量数据表

    7、测量值校准点(Nm) 1 2 3 maxinD120 121.5 121.2 121.6 0.4240 240.8 240.9 240.5 0.4360 360.0 360.3 360.5 0.5480 479.4 479.1 478.9 0.5600 598.5 598.1 597.8 0.718.2 不确定度计算由测量信息知,标准装置引入的不确定度 =0.15%,针对各校准1rel0.3%2u点根据公式(A.6)可算出 u1 见表 A.3。根据校准规范要求,扭矩机两夹头的同轴度:0.3mm,对 1Nm 的扭矩而言,可计算出扭矩测量仪安装到工作扭矩机上由同轴度因素导致产生的最大JJF xxx

    8、x-XXXX18附加扭矩为 Nm,针对各校准点根据公式(A.7 )计算出不确定度分量 u24310见表 A.3。根据表 A.2 以及公式(A.9)可计算出重复性测量引起的不确定度分量 u3见表 A.3。由测量信息知,示值分辨力为 0.1Nm,根据公式(A.10 )可计算出分辨力引起的不确定度分量 u4=0.03Nm。由于重复性测量引起的不确定度分量大于分辨力引起的不确定度分量,故根据式(A.11)计算合成不确定度,不确定度及合成不确定度汇总见表 A.3。A.3 不确定度分量及合成不确定度汇总表校准点(Nm)(Nm)1u(Nm)2u(Nm)3u(Nm)4u(Nm)cu120 0.18 0.02

    9、0.14 0.03 0.23240 0.36 0.04 0.14 0.03 0.39360 0.54 0.06 0.17 0.03 0.57480 0.72 0.08 0.17 0.03 0.74600 0.90 0.10 0.24 0.03 0.941.83 扩展不确定度取包含因子 k=2,各校准点的扩展不确定度按式(A.13) 、 (A.14 )计算结果见表 A.4。A.4 工作扭矩机扭矩测量不确定度校准点(Nm) (Nm)UUrel(%)(k2)120 0.46 0.39240 0.78 0.33360 1.14 0.32480 1.49 0.32JJF xxxx-XXXX18600 1

    10、.87 0.322.转速示值不确定度评定2.1 概述2.11 被校对象:工作扭(转)矩机(以下简称扭矩机) 。2.12 主要标准器:角度测量仪。2.13 测量依据:JJFxxx20 工作扭(转)矩机校准规范 。2.14 环境条件:1035,校准过程中温度波动不大于 5;相对湿度:80%。2.15 测量过程:在规定的校准条件下,将角度测量仪与扭转夹头同轴串接,驱动主动夹头旋转以消除初始间隙后将角度测量仪和夹头扭转角测量装置清零,以扭转角测量装置的示值为准逐点读取角度测量仪示值;校准中不允许反向旋转。在量程范围内,大致均匀选择不少于 5 个校准点。校准过程连续进行 3 遍。2.2 数学模型(B.1

    11、)zw式中: 工作扭矩机扭角示值误差,;w工作扭矩机扭角示值,;三次测量角度测量仪平均值,。z根据函数误差理论由公式(B.1)可以导出扭矩机扭矩误差的合成标准不确定度:(B.2)22()()()c zzwuuu2.3 方差和灵敏系数JJF xxxx-XXXX18的灵敏度系数 (B.3)1()1wc的灵敏度系数 (B.4)z 2()zz由于 与 彼此独立,且灵敏系数为 1,则公式(B.2)可简化为:z(B.5)2()()czuwu2.4 不确定度来源分析B4.1 由测量所用标准装置引入的不确定度分量 1uB4.2 测量重复性引入的标准不确定度分量 2B4.3 扭角分辨力引入的标准不确定度分量 3

    12、u2.5 测量不确定度评定2.51 由测量所用标准装置引入的不确定度:工作扭转机扭角使用角度测量仪作为标准器,经上一级校准给出角度测量仪的扩展不确定度为 Us,取 k=2,选取校准点为 ,则由测量所用标准装置引入的标准不确定度为:(B.6)s12u2.52 测量重复性引入的标准不确定度:运用极差法估计单次试验标准差:(B.7)maxinDsC式中 C 为极差系数,由于实际测量中测量了三次,故 C 取 1.69,则不确定度分量:(B.8)maxin23su2.53 扭角分辨力引入的标准不确定度:指示器分辨力或估读数为 r,服从均匀分布,k= ,则其标准不确定度3JJF xxxx-XXXX18为:

    13、(B.9)32ru2.6 合成不确定度评定B.1 标准不确定度分量汇总表不确定度分量 不确定度来源 评定方法 标准不确定度1u标准装置引入 B s12Uu2测量重复性 A maxin3DC3u分辨力 B 2r考虑到重复性测量引入的不确定度和分辨力引入的不确定度分量的相关性,两者取较大值计算合成不确定度,假定重复性测量引入的不确定度分量大于分辨力引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算:(B.10)22smaxin()()3cUDuC假定分辨力引入的不确定度分量大于重复性测量引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算:(B.11)22s()()3cUru2.7 扩展不确定度评定取包含因子

    14、k=2,则扩展不确定度按式(B.12 )计算:(B.12)cUkuJJF xxxx-XXXX18相对扩展不确定度按式(B.13)计算:(B.13)rel10%ckuU2.8 测量不确定度评定示例2.81 测量信息选取准确度等级 1 级,经上一级校准给出角度测量仪的扩展不确定度为1%,k =2 的角度测量仪,对测量范围为(0-180)工作扭矩机角度进行校准,分别在满量程的 20%、40%、60%、80% 、100%点处进行测量,每点在重复性条件下连续测测量 3 次,得到测量数据见下表。表 B.2 测量数据表测量值校准点() 1 2 3 maxinD36 36.2 36.1 36.0 0.272

    15、72.2 72.0 72.3 0.3108 108.3 108.1 108.4 0.3144 144.5 144.4 144.3 0.2180 180.6 180.5 180.5 0.12.82 不确定度计算由测量信息知,标准装置引入的不确定度 =0.50%,针对各校准点1rel%2u根据公式(B.6)可算出 u1 见表 B.3。根据表 B.2 以及公式(B.8)可计算出重复性测量引起的不确定度分量 u2 见表B.3。由测量信息知,示值分辨力为 0.1,根据公式(B.9)可计算出分辨力引起的不确定度分量 u3=0.03。由于重复性测量引起的不确定度分量大于分辨力引起的不确定度分量,故根据式(B

    16、.10)计算合成不确定度,不确定度分量及合成不确定度汇总见表B.3。B.3 不确定度分量及合成不确定度汇总表JJF xxxx-XXXX18校准点() ()1u()2u()3u()cu36 0.18 0.07 0.03 0.1972 0.36 0.10 0.03 0.37108 0.54 0.10 0.03 0.55144 0.72 0.07 0.03 0.72180 0.90 0.03 0.03 0.902.83 扩展不确定度取包含因子 k=2,测量值的扩展不确定度计算结果见表 B.4B.4 工作扭矩机扭角测量不确定度校准点() ()UUrel(%)(k2)36 0.36 1.072 0.74

    17、 1.1108 1.10 1.1144 1.44 1.0180 1.80 1.03.转角示值不确定度评定3.1 概述3.11 被校对象:工作扭(转)矩机(以下简称扭矩机) 。3.12 主要标准器:转速表。3.13 测量依据:JJFxxx20 工作扭(转)矩机校准规范 。3.14 环境条件:1035,校准过程中温度波动不大于 5;相对湿度:80%。3.15 测量过程:在规定的校准条件下,针对速度可变的扭矩机选取包含速度下限至上限一般选择二至三个速度校准点,采用转速表进行测量,重复此测量JJF xxxx-XXXX18过程三次。若转速固定,则将标称速度作为校准点。3.2 数学模型(C.1)wv式中:

    18、 扭矩机扭转速度示值误差,r/min;w扭矩机标称扭转速度,r/min;v转速表三次测量算术平均值,r/min。根据函数误差理论由公式(C.1)可以导出扭矩机转速误差的合成标准不确定度:(C.2)22()()()cwuuvuv3.3 方差和灵敏系数的灵敏度系数 (C.3)v1()1wcv的灵敏度系数 (C.4)2()由于 与 彼此独立,且灵敏系数为 1,则公式(C.2)可简化为:v(C.5)2()()cuwvu3.4 不确定度来源分析3.41 由测量所用标准装置引入的不确定度分量 1u3.42 测量重复性引入的标准不确定度分量 23.43 转速分辨力引入的标准不确定度分量 3u3.5 测量不确

    19、定度评定3.51 由测量所用标准装置引入的不确定度:JJF xxxx-XXXX18扭转机转速使用转速表作为标准器,经上一级校准给出转速表的扩展不确定度为 Us,取 k=2,选取校准点为 V,则由测量所用标准装置引入的标准不确定度为:(C.6)s12uU3.52 测量重复性引入的标准不确定度:运用极差法估计单次试验标准差:(C.7)maxinDsC式中 C 为极差系数,由于实际测量中测量了三次,故 C 取 1.69,则不确定度分量:(C.8)maxin23su3.53 转速分辨力引入的标准不确定度:指示器分辨力或估读数为 r,服从均匀分布,k= ,则其标准不确定度3为:(C.9)32ru3.6

    20、合成不确定度评定C.1 不确定度分量汇总表不确定度分量 不确定度来源 评定方法 标准不确定度1u标准装置引入 B s12uVU2测量重复性 A maxin3DC3u分辨力 B 2r考虑到重复性测量引入的不确定度和分辨力引入的不确定度分量的相关性,两者取较大值计算合成不确定度,假定重复性测量引入的不确定度分量大于分辨力引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算:JJF xxxx-XXXX18(C.10)22smaxin()()3cUDVuC假定分辨力引入的不确定度分量大于重复性测量引入的不确定度分量,则合成不确定度按下式计算:(C.11)22s()()3cUVru3.7 扩展不确定度评定取包含

    21、因子 k=2,则扩展不确定度按式(C.12 )计算:(C.12)cUku相对扩展不确定度按式(C.13)计算:(C.13)rel10%ckV3.8 测量不确定度评定示例3.81 测量信息选取准确度级别 0.1 级,经上一级校准给的扩展不确定度为 0.1%,k=2 的转速表,对测量范围为(0-200) r/min 工作扭矩机转速进行校准,选取三个速度校准点。每点在重复性条件下连续测测量 3 次,得到测量数据见下表。表 C.2 测量数据表测量值校准点(r/min) 1 2 3 maxinD50 50.2 50.0 50.3 0.3100 100.4. 150.1 150.0 0.4200 200.

    22、8 200.1 200.0 0.83.82 不确定度计算由测量信息知,标准装置引入的不确定度 =0.05%,针对各校准1rel0.%2u点根据公式(C.6)可算出 u1 见表 C.3。根据表 C.2 以及公式(C.9)可计算出重复性测量引起的不确定度分量 u2 见JJF xxxx-XXXX18表 C.3。由测量信息知,示值分辨力为 0.1r/min,根据公式(C.9)可计算出分辨力引起的不确定度分量 u3=0. 03 r/min。由于重复性测量引起的不确定度分量大于分辨力引起的不确定度分量,故根据式(C.10)计算合成不确定度,不确定度及合成不确定度汇总见表 C.3。C.3 不确定度分量及合成不确定度汇总表校准点(r/min)(r/min)1u(r/min)2u(r/min)3u(r/min)cu50 0.03 0.11 0. 03 0.12100 0.05 0.14 0. 03 0.15200 0.1 0.28 0. 03 0.303.83 扩展不确定度取包含因子 k=2,测量值的扩展不确定度计算结果见表 C.4。C.4 工作扭矩机转速测量不确定度校准点(r/min) (r/min )UUrel(%)(k2)50 0.24 0.48100 0.30 0.30200 0.60 0.30

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