1、动态力传感器校准规范校准结果的不确定度评定（征求意见稿）起草：动态力传感器校准规范编写组审查：全国力值硬度计量技术委员会目 录1 静态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估 11.1 测量模型 .11.2 不确定度来源 11.3 合成不确定度 21.4 相对扩展不确定度 22 动态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估 .32.1 测量模型 .32.2 不确定度来源 42.3 合成不确定度 72.4 相对扩展不确定度 711 静态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估动 态 力 传 感 器 的 静 态 幅 值 灵 敏 度 是 静 态 校 准 的 主 要 校 准 结 果 ,需 对 其 相 应 的 测 量不 确 定
2、 度 进 行 评 价 。 应 变 式 动 态 力 传 感 器 和 压 电 式 动 态 力 传 感 器 的 静 态 幅 值 灵 敏 度的 校 准 方 法 和 测 量 结 果 不 确 定 度 的 评 价 方 法 都 是 相 似 的 ,以 下 针 对 压 电 式 动 态 力 传 感器 静 态 幅 值 灵 敏 度 的 测 量 不 确 定 度 评 价 过 程 进 行 举 例 说 明 。1.1 测量模型 压电式动态力传感器的静态幅值灵敏度按公式（1.1）计算。（1.1） %10napFDGVS式中：压电式动态力传感器的静态幅值灵敏度，pC/N；apS动态力传感器的额定输出，V 或 mV/V；nG 电荷放大
3、器被设定的衰减挡读数，N/V；D 电荷放大器被设定的归一化读数，pC/N；额定力值， N。nF由上式可知，灵敏度幅值的校准不确定度由额定力值、动态力传感器额定输出、电荷放大器设定的衰减挡读数，电荷放大器被设定的归一化系数四部分分量引起。因此，用于相对不确定度评定的数学模型如下： 22222, 1 34()()()()()()crelapnrnrrrrapuScFucVucGucDuS（1.2）由于各输入量间不相关，则式中灵敏系数为：c 1=c2=c3=c4=1 1.2 不确定度来源1.2.1 力标准装置施加的额定力值误差引入的标准不确定度分量 ur(Fn)：根据力标准装置的证书，力值测量不确定
4、度不超过 U，k =2，则引入的相对标准不确定度 ur(Fn)按照下式计算：（1.3）()2rnuF1.2.2 动态力传感器额定输出电压测量误差引入的标准不确定度分量 ur(Vn)：按照数字电压表的证书，电压测量误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入的V相对标准不确定度 ur (Vn)按照下式计算：2（1.4）3)(DVur1.2.3 配套信号适调器的衰减档读数 ：rG根据证书, 衰减档最大误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(rGu（1.5）3)(ur1.2.4 配套信号适调器的归一化档读数 ：rD根据证书, 归一化档最大误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入
5、的相对标准不确定度 按照下式计算：)(rDu（1.6）3)(ur1.2. 5 测量重复性对灵敏度校准的影响引入的标准不确定度分量 ur(Sap)重复测量中的随机影响产生的误差影响为 ，则引入的标准不确定度分量RESh，ur(Sap)按下式计算：（1.7）.()rapShREu1.3 合成不确定度静态灵敏度校准的相对合成标准不确定度，按照下式计算：（1.8）22222,()()()()crelaprnrnrrrapuSuFVuGDuS1.4 相对扩展不确定度静态灵敏度校准的相对扩展标准不确定度，按照下式计算：（1.9）,2()rcrelapUuS则不确定度计算实例如表 1-1 所示：表 1-1
6、不确定度实例计算表序号标准不确定度分量 )(ixu不确定度来源标准不确定度分量 %1 ur(Fn) 力标准装置施加的额定力值误差引入的 0.0052 ur (Vn) 动态力传感器额定输出电压测量误差引入的 0.1833 ur (G 配套信号适调器的衰减档读数误差引入的 0.294 ur (D) 配套信号适调器的归一化档读数误差引入的 0.065 ur(Sap) 测量重复性引入的 0.08cel/ 0.36rU/ 0.722 动态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估动态幅值灵敏度的校准包括正弦力法、冲击力法及阶跃力法。动态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估以冲击力法为例，进行说明。冲击力法是通过具有一
7、定初始速度的质量块，撞击被校力传感器，对其进行校准的装置，被校力传感器的灵敏度幅值按下式计算：2.1 测量模型冲击力校准装置是通过具有一定初始速度的质量块，撞击被校力传感器，对其进行校准的装置，被校力传感器的灵敏度幅值按下式计算：(2.1)TuPDTuDFamGVFS式中：每次计算得到的动态幅值灵敏度，pC/N、mV/N 或 mV/(VN)；DS每次测量时，冲击力标准装置复现的冲击力峰值，即冲击力脉冲曲线的F峰值，N；每次测量时得到的动态力传感器输出的峰值，V，mV 或 mV/V；D信号适调器被设定的衰减挡读数；G信号适调器被设定的归一化读数；有效质量，kg；冲击加速度峰值，m/s 2。Pa每
8、次测量时，质量块加速度分布不均匀度对 冲击力标准装置复现的冲击uF力峰值影响因子；每次测量时， 质量块横向运动对冲击力标准装置复现的 冲击力峰值影T响因子。4因此，用于相对不确定度评定的数学模型如下： )()()( )()()( 227262524321 SuFcuFc aucDucGcVmSu rTrr PrrDDcrel (2.2)由于各输入量间不相关，则式中灵敏系数为： 17654321 ccc2.2 不确定度来源由上式可知，灵敏度幅值的校准不确定度由有效质量、冲击加速度峰值、传感器输出电压测量、信号适调器等部分影响分量引起。因此：2.2.1 质量测量误差引入的标准不确定度分量 ：)(r
9、mu由力传感器上端的质量块/锤体的有效质量测量误差引入，有效质量使用电子天平进行测量，质量测量最大误差为 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定m1度 按照下式计算：)(rmu(2.3)3)(1ru2.2.2 力传感器输出电压测量误差引入的标准不确定度分量 ：)(DrVu按照数据采集系统的技术指标，电压测量误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(DrVu(2.4)3r2.2.3 配套信号适调器的衰减档读数 ：)(rGu根据证书, 衰减档最大误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(rGu(2.5)3)(ur2.2.4 配套信号
10、适调器的归一化档读数 ：rD根据证书, 归一化档最大误差不超过 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(rDu(2.6)3)(ur52.2.5 加速度峰值测量误差引入的标准不确定度分量 ：)(rpau2.2.5.1 激光干涉法根据激光干涉仪证书，速度测量不确定度不超过 , ，则引入的相对标准不U2k确定度 按照下式计算：)(r1pau(2.7)2)(1aupr干涉仪信号滤波对加速度峰值产生的误差不超过 0.2%，假定为均匀分布，fa，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(r2p(2.8)3)(fa2，pru信号随机噪声电压干扰对激光速度解调产生的误差不超过 ，假定为
11、均匀分Da，布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)(r3pau(2.9)Da3，pr力传感器敏感轴与激光光轴之间的角度偏移产生的误差不超过 ，假定为均MDa，匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)a(r4pu(2.10)3MDa4，pr则由加速度误差引入的标准不确定度分量 ：)(rpu(2.11)42rir)(ppau2.2.5.2 冲击传感器测量法根据冲击传感器校准证书，灵敏度测量不确定度不超过 , ，则引入的相对U2k标准不确定度 按照下式计算：)(r1pau(2.12)2)(1Uaupr传感器灵敏度幅值线性度不超过 ，假定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式
12、计算：)(r2pau6(2.13)3)(2raupr力传感器敏感轴与加速度传感器轴之间的角度偏移产生的误差不超过 ，假MDa，定为均匀分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)a(r3pu(2.14)MDa3，pr则由加速度误差引入的标准不确定度分量 ：)(rpu(2.15)32rir)(ppau2.2.6 质量块加速度分布不均匀度对冲击力峰值影响引入的标准不确定度 ：)(ruF质量块加速度分布不均匀度对冲击力峰值产生的误差不超过 ，假定为均匀uF，分布，则引入的相对标准不确定度 按照下式计算：)F(rpu(2.16)3u，pr2.2.7 质量块横向运动对冲击力峰值影响引入的标准不确定度
13、 ：)(rTFu质量块横向运动对冲击力峰值产生的不超过误差 ，假定为均匀分布，则引TF，入的相对标准不确定度分量 按下式计算：)F(rTu(2.17)3)(TF，r2.2.8 测量重复性对灵敏度校准的影响引入的标准不确定度 ：)(rSu重复测量中的随机影响产生的误差影响为 ，则引入的标准不确定度分量RESh，按下式计算：)(rSu(2.18)REShsu，)(r2.3 合成不确定度灵敏度校准的相对合成标准不确定度，按照式（2.2）计算：72.4 相对扩展不确定度灵敏度校准的相对扩展标准不确定度，按照下式计算：(2.19)(2DcrelrSuU则不确定度计算实例如表 2-1 及表 2-2 所示：
14、表 2-1 不确定度实例计算表（激光干涉法）序号标准不确定度分量 )(ixu不确定度来源 标准不确定 度分量 %1 rm（有效）质量测量误差引入的 0.062 )(DrV力传感器输出电压测量误差引入的 0.183 rGu配套信号适调器的衰减档读数误差 0.294 )(r配套信号适调器的归一化档读数误差 0.065 Prau激光干涉法加速度峰值测量误差引入的 0.316 )F(r由质量块加速度不均匀度引入的影响 0.587 T由质量块横向运动引入的影响 0.438 )(rSu测量重复性对灵敏度校准的影响引入的 0.50Dcrel/ 1.0rU/ 2.0表 2 不确定度实例计算表（冲击传感器测量法）序号标准不确定度分量 )(ixu不确定度来源 标准不确定 度分量 %1 rm（有效）质量测量误差引入的 0.062 )(DrV力传感器输出电压测量误差引入的 0.183 rGu配套信号适调器的衰减档读数误差 0.294 )(r配套信号适调器的归一化档读数误差 0.0685 )(Prau冲击传感器法加速度峰值测量误差引入的 1.626 Fr由质量块加速度不均匀度引入的影响 0.587 )(T由质量块横向运动引入的影响 0.438 rSu测量重复性对灵敏度校准的影响引入的 0.50)(Dcrel/ 1.88rU/ 3.8
