1、JJF XXXX-201X1冲击力测量不确定度评定方法及示例C.1 概述C.1.1 测量对象：测力仪；C.1.2 测量标准：落锤式冲击力标准装置；C.1.3 测量依据：JJF XXXX-201X落锤冲击法测力仪动态校准规范 ；C.1.4 环境条件：室温(235)；C.1.5 测量过程：在 规 定 条 件 下 用 落锤式冲击力标准装置对 测力仪进 行 动 态 校 准 ，得 到 落锤式冲击力标准装置的冲击力 标 准 值 及 其 对 应 的 测力仪冲击力示 值 。 在 参 考点 重 复 测 量 3 次 ， 近 似 用 3 次 测 量 结 果 的 平 均 值 计 算 冲 击 力 示 值 误 差 ；校准
2、点（单次测 量 ）则以单次测 量 结 果 计 算 冲 击 力 示 值 误 差 。C.2 测量模型C.2.1 建模落锤式冲击力标准装置质量块（落锤）从一定高度沿铅垂方向下落，撞击安装于砧体底座上的力传感器，从而产生一个施加于测力仪的冲击力,参考点校准按公式先进行归一化处理，计算动态校准点第 i 次测量时测力仪示值与落31()yididiFq锤式冲击力标准装置示值的比值；再计算校准点三次测量结果比值的平均值与示值相对误差。参考点（三次平均）冲击力示值误 差 测量不确定度评定可用式（C.1）进F行不确定度评定。（C.1）yipFma校准点（单次测量）冲击力示值相对误 差 ，校准点第 i 次（单次测量
3、）yidiiiFQ冲击力示值误 差 不确定度评定可用式（C.2）进行不确定度评定F（C.2）yipma式中：令 为落锤式冲击力标准装置的冲击力 标 准 值 。pdmaC.2.2 灵敏系数的灵敏系数 (C.3)yiF01yiFC的灵敏系数 (C.4)yi 1yi2的灵敏系数 （C.5）m2PFCam的灵敏系数 （C.6）pa3pC.3 不确定度来源分析与标准不确定度分量合成测力仪动态校准示值测量不确定度主要来源于示值测量重复性引入的标准不确定度 或 及标准装置有效质量允许误差 、质量块的平均冲击加速度峰值()yiuFyi ()um测量引入的标准不确定度，且互不相关，合成标准不确定度：pa参考点（
4、三次平均）： 2221 3(C)()(C)cyi pFua(C.7)校准点（单次测量）： (C.8)2221 3()()()cyi puum相对标准不确定度 ，因此冲击力示值合成相对标准不确定度计算的公,/rdF式如下：参考点（三次平均）： (C.9)222rcrrr()()yi Puua校准点（单次测量）： (C.10)222rcrrryiFmC.3.1 测力仪冲击力示值测量重复性引入的标准不确定度考虑到冲击力示值测量重复性引起的不确定度分量、分辨力引起的不确定度分量的相关性，两者可取较大值计算。由于测量重复性引起的不确定度分量要大于分辨力引起的不确定度分量，因而测力仪冲击力示值测量重复性可
5、用统计法计算标准偏差 s，或极差法计算标准偏差,式中 C 为极差系数。测力仪冲击力示值测量重maxiniFs复性引入的标准不确定度按式(C.11)或(C.12)计算，相对标准不确定度用或 表示。()/ryiyiduF()/ryiyidu参考点（三次平均）： (C.11)()3yisuF校准点（单次测量）： (C.12)yiC.3.2 冲击力标准值引入的标准不确定度C.3.2.1 质量块测量引入的标准不确定度C.3.2.1.1 质量块有效碰撞质量引入的标准不确定度分量JJF XXXX-201X3质量块有效碰撞质量测量是通过电子天平或相应衡器进行测定，假定实测质量与标称值之间的误差不超过 并服从均
6、匀分布，则引入的相对标准不确定度 按式m )(rmu按照公式(C.13)计算：(C.13)3)(ruC.3.2.1.2 质量块冲击加速度峰值不均匀度引入的相对标准不确定度分量质量块冲击加速度峰值不均匀度假定为 不超过 3%（ ） ，如果不做修正N3%N处理，假定均匀分布（ ） ，估计所引入的标准不确定度分量 。如果仅限于3k /k径向修正处理，即不考虑质量块轴向影响，估计其影响量 ，也假定均匀分布1（ ） ，则所引入的标准不确定度分量 。由于质量块加速度轴向分布主要受3k /Nk应力波衰减影响，但其影响量要比径向影响量小得多。如果径向、轴向均做修正处理（如考虑质量块高径比） ，可假定三角分布（
7、 ） ，则冲击加速度峰值不均匀度引6入的相对标准不确定度 按公式(C.14)计算ruN(C.14)r()kC.3.2.1.3 质量块 质量块上的冲击加速度横向运动比引入的相对标准不确定度分量假定质量块质量块冲击加速度横向运动比为 （不超过 5%） ，服从均匀分布，激光T干涉法（绝对法）测量质量块冲击加速度时无影响；冲击加速度传感器直接测量法（比较法）测量质量块冲击加速度时，由于测量用冲击加速度传感器的横向灵敏度比一般不超过 15%，假设服从反正弦分布，则质量块 质量块上的冲击加速度横向运动比引入的相对标准不确定度 按式按公式(C.15)计算：r()uT(C.15)r0.1532C.3.2.2
8、冲击加速度峰值标准装置测量误差引入的标准不确定度落锤式冲击力标准装置配套的冲击加速度峰值测量系统按照冲击脉冲曲线的加速度复现原理分激光干涉法（绝对法）与传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量法（比较法） 。C.3.2.2.1 激光干涉法（绝对法）激光干涉法基于激光多普勒测速原理，绝对测量冲击速度-时间历程，通过对速度微分间接得到冲击加速度峰值，根据 JJG 20722016冲击加速度计量器具检定系统表 ，假设激光干涉仪速度测量结果的测量不确定度为 ，则引入的相对1%raU(2)k标准不确定度 按照公式(C.16)计算：rpua4(C.16)ra()2rpUuC.3.2.2.12 采用传感器直接
9、测量冲击加速度传感器直接测量法（比较法）比较法加速度测量借助于 传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量复现的冲击加速度 时间历程，冲击加速度标准套组由冲击加速度传感器、信号适调器等组成。方法一：根据 JJG 20722016冲击加速度计量器具检定系统表 ，比较法冲击加速度峰值标准装置测量误差引入的标准不确定度按照公式(C.16)计算， ，2%raU。ra1%2rpUu方法二：比较法冲击加速度测量所引入的不确定度还可分项评定，包括的冲击加速度峰值的不确定度评定 冲击加速度标准套组加速度示值误差引入的标准不确定度分量，假设冲击加速度标准套组进行加速度测量示值最大允许误差为 ( )，均a1匀分布 则
10、引入的相对标准不确定度 。 校准冲击加速度标准套组3k1()3arpu上一级标准装置不确定度引入的标准不确定度分量，假设检定冲击加速度标准套组的标准装置（国家低峰值冲击加速度基准）测量结果的测量不确定度为 ( ), 包raU0.5%含因子 ，则所引入的相对标准不确定度 。冲击加速度标准套组年2k 2()rarpu稳定度引入的标准不确定度分量，假设冲击加速度标准套组加速度示值稳定性 (w)，均匀分布 ，则引入的相对标准不确定度 。最后可按公式1%3k 3()wrp，取方法一与方法二的较大值，则冲2221 3()()()0.86%rprprprpuaua击加速度测量所引入的标准不确定度可简化，统一
11、按方法一进行计算。C.4 测量不确定度计算C.4.1 绝对法测量参考点冲击力（三次测量结果平均值）测量结果标准不确定度合成如表 C.1 所示。表 C.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包含因子标准不确定度灵敏系数()ryiuF参考点(三次平均)冲击力示值重复性A 13s1ryi校准点（单次测量）冲击力示值重复性A 1JJF XXXX-201X5不确定度分量不确定度来源评定方法包含因子标准不确定度灵敏系数)(rmu质量块有效碰撞质量允许误差B 33mParN质量块冲击加速度峰值不均匀度B k或 6 Nk()rpua绝对法加速度测量不确定度B 2 ra2U由于各不确定度分量
12、不相关，则参考点（三次平均）冲击力示值误差相对不确定度合成可进一步简化按式(C.17)计算。(C.17)2222r()()()()rcryi rrpuFumNua同理，绝对法校准点（单次测量）冲击力测量结果相对不确定度合成可进一步简化，按式(C.18 )计算。(C.18)2222r()()()()rcryi rrpuFuuaC.4.2 比较法测量参考点（三次测量结果平均值）冲击力测量结果标准不确度合成如表 C.2 所示。表 C.2 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包含因子标准不确定度 灵敏系数()ryiuF参考点(三次平均)冲击力示值重复性A 13s1ryi校准点（单次测
13、量）冲击力示值重复性A 1)(rmu质量块有效碰撞质量允许误差B 33mPar()T质量块质量块冲击加速度横向运动比冲击加速度峰值影响B 20.152Tmr()uN质量块冲击加速度峰值不均匀度B 3k或 6 Nkrpa比较法加速度测量不确定度B 2 ra2U6比较法加速度测量借助于 传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量复现的冲击加速度 时间历程，由于各不确定度分量不相关，则参考点（三次测量结果平均值）冲击力测量结果相对不确定度合成可进一步简化，按式(C.19)计算。(C.19)22222r()()()()()rcryi rrrpuFumNuTa同理，比较法加速度测量校准点（单次测量）冲击力测
14、量结果相对不确定度可简化，按式( C.20) 合成计算。(C.20)22222r()()()()rcryi rrrpuFuuTaC.4.3 扩展不确定度取包含因子 k=2，扩展不确定度按式(C.21)计算。(C.21)rc2rUuC.5 示例一以 额 定 力 值 120kN、 准 确 度 级 别 3/ 2 的 测 力 仪 用 激光干涉冲击加速度法动态峰值校 准 为 例 进 行 参 考 点 （ 三 次 测 量 结 果 平 均 值 ） 冲 击 力 示 值测量不确定度评定。落锤式冲击力标准装置计量特性如下：力值范围：5kN200kN；脉冲持续时间：0.5ms10ms；C.5.1C.5.1 5.1 采
15、用传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量冲击加速度峰值的不确定度应用实例C.5.1 不确定度如表 A-1：C.5.1 表 A-1 标准不确定度分量汇总表（传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量法）C.5.1 序C.5.1 号C.5.1 不确定度来源C.5.1 分量C.5.1 代号C.5.1 评定C.5.1 类型C.5.1 分布C.5.1 类型C.5.1 影响量C.5.1 %C.5.1 置信C.5.1 因子C.5.1 分量C.5.1 %C.5.1 1C.5.1 有效碰撞质量 C.5.1 )(murC.5.1 BC.5.1 均匀C.5.1 0.1C.5.1 3C.5.1 0.058C.5.1 2C
16、.5.1 冲C.5.1 冲击加速度标准 C.5.1 1rC.5.1 BC.5.1 /C.5.1 3C.5.1 2C.5.1 1JJF XXXX-201X7套组的灵敏度校准 .5C.5.1 3C.5.1 冲击加速度标准套组的灵敏度幅值线性度C.5.1 2ruC.5.1 BC.5.1 正态 C.5.1 1C.5.1 3C.5.1 0.33C.5.1 4C.5.1 冲击加速度标准套组的年稳定性C.5.1 3rC.5.1 BC.5.1 均匀C.5.1 0.5C.5.1C.5.1 0.29C.5.1 5C.5.1 质量块上的冲击加速C.5.1 度横向运动比C.5.1 4ruC.5.1 BC.5.1 均匀
17、 C.5.1 3C.5.1 2C.5.1 0.11C.5.1 6击加速度峰值C.5.1 质量块的冲击加速度不均匀度C.5.1 5rC.5.1 BC.5.1 均匀 C.5.1 1C.5.1C.5.1 0.58C.5.1 合成标准不确定度 cuC.5.1 / C.5.1 1.67C.5.1 扩展标准不确定度 UC.5.1 / C.5.1 3.4C.5.1 不确定度如表 A-2：C.5.1 冲 击 力 峰 值 平 均 值 测量重复性引入的标准不确定度冲 击 力 峰 值 平 均 值 测 量 重 复 性 引 起 的 标 准 不 确 定 度 采 用 A 类 评 定 。 在相 同 的 测 量 条 件 下 ，
18、 在 低 值 校 准 点 （ 冲 击 力 峰 值 约 25kN,脉 冲 持 续 时 间5ms） 、 参 考 点 （ 冲 击 力 峰 值 约 40kN,脉 冲 持 续 时 间 2ms） 、 高 值 校 准 点 （ 冲击 力 峰 值 约 110kN,脉 冲 持 续 时 间 1ms） 三 个 校 准 点 进 行 重 复 性 测 量 ,测 量 结果 如 表 C.3 所 示 ：表 C.3 冲 击 力 重 复 性 测 量 结 果低 值 参 考 点 高 值试 验次 数标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie1
19、24830 4.66 0.9918 40387 2.09 0.9964 118975 1.00 0.99412 25032 4.87 1.0027 41302 2.11 0.9983 109532 1.05 0.996483 25103 5.45 1.0044 40253 2.03 0.9956 109682 1.03 0.99044 24507 4.63 0.9932 40278 1.96 0.9957 115677 1.01 0.99775 25221 4.87 1.0063 39495 2.10 1.0031 110397 0.99 0.99466 / / / 39897 1.98 1.
20、0017 110973 0.98 1.00387 / / / 40537 2.04 0.9925 113785 1.01 0.99858 / / / 40208 2.03 0.9920 112578 1.02 0.99879 / / / 39803 1.95 0.9987 119537 0.99 0.996410 / / / / / / 109834 0.97 1.0066C=2.33 0.9997 / 0.9971 / 0.9977平 均 maxin.62%ies0.38%921()/8ise0.47%921()8ise由 于 测 力 仪 分 辨 力 对 应 力 值 很 小 ， 因 而 只
21、考虑到冲击力示值测量重复性引起的不确定度分量计算合成不确定。由 于 测 力 仪 参 考 点 校 准 实 际 测 量 3 次 ， 取平 均 值 计 算 示 值 误 差 ， 因而相对标准不确定度评定按 计算。0.%().2ryiuFC.5.2 冲 击 力 标 准 值 引入的标准不确定度C.5.2.1 质量块有效质 量 允 许 误 差 引 入 的 标 准 不 确 定 度冲击力标准装置质 量 块 有效质 量 的最大允许误差0.1%，所带来的标准不确定度采用 B 类评定。假 设 均 匀 分 布 ， 包 含 因 子 k= ， 则 所 引 入 的 不 确 定 度 分3量 为 = =0.06%。)(rmu.3
22、C.5.2.2 质 量 块 平 均 冲 击 加 速 度 测 量 引 入 的 标 准 不 确 定 度 冲击加速度峰值不均匀度假定为 （不超过 3%） ，如果仅限于径向修正处理，N估计其影响量 。由于进一步考虑轴向修正处理，可假定为三角分布1N（ ） ，则冲击加速度峰值不均匀度引入的相对标准不确定度为6k。r%()0.4u 根 据 冲 击 加 速 度 计 量 器 具 检 定 系 统 表 ， 落锤式冲击力标准装置中激 光 干Comment A1: 与表 2应一致Comment A2: 与表 2应一致JJF XXXX-201X9涉 法 加 速 度 测 量 冲 击 速 度 测 量 误 差 灵 敏 度 校
23、 准 不 确 定 不 确 定 分 量。1%()0.52rpuaC.5.3测量不确定度计算测力仪参考点（ 三 次 测 量 结 果 平 均 值 ） 冲击力校准测量不确定度来源于示值测量重复性、落锤式冲击力标准装置引入的标准不确定度，示值测量标准不确定度分量如表 C.4所示。表 C.4 标准不确定度分量汇总表（激光干涉法）序号不确定度来源分量代号评定方法包含因子影响量%标准不确定度分量 %1 参考点(三次平均)冲击力示值重复性 ()ryiuFA 1 0.22 0.222质量块有效碰撞质量有效质量 rmB 30.1 0.063 质量块冲击加速度 峰值不均匀度 r()uNB 61.0 0.414冲击速度
24、测量误差灵敏度校准不确定度激光干涉仪冲击加速度测量不确定度()rpaB 2 1.0 0.58330.5合成标准不确定度 rcu1.0.69%测力仪参考点激 光 干 涉 法 冲击力测量标准不确定度按(C.17) 合成，合成测量标准不确定度 =0.69%， 取 k=2， 则 激 光2222r()()()rcryi rrapFmuNF干 涉 法 校 准 测 力 仪 冲 击 力测 量 扩 展 不 确 定 度 为 Ur=1.4%。同 理，绝对法加速度测量校准点（单次测量）冲击力示值重复性 ，()0.6ryiuF校准点冲击力单次测量结果相对不确定度按式(C.18) 合成， 取 k=2， 则 其 冲 击 力
25、示值2222r()()0.9rcryi rrapuFumNuF测 量 扩 展 不 确 定 度 为 Ur=1.8%。C.5.4 测量不确定度报告10落 锤 式 激 光 干 涉 法 进 行 测力仪冲击力峰值校准示值误差扩展测量不确定度：参考点（三次测量平均值）： Ur=1.4%（ k=2） ，校准点第 i 次测量（单次）： Ur=1.8%（ k=2） 。C.6 示例二以 额 定 力 值 20kN、 准 确 度 级 别 5/ 2 测 力 仪 按 冲击加速度传感器直接测量法峰值校 准 为 例 进 行 校准点（单次测量）冲 击 力 示值误差测量结果不确定度评定。落锤式冲击力标准装置计量特性如下：力值范围
26、：500N20kN；5.1 采用传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量冲击加速度峰值的不确定度应用实例不确定度如表 A-1：表 A-1 标准不确定度分量汇总表（传感器直接测量冲击加速度传感器直接测量法）序号不确定度来源分量代号评定类型分布类型影响量%置信因子分量%1 有效碰撞质量 )(murB 均匀 0.1 30.0582冲击加速度标准套组的灵敏度校准 1rB / 3 2 1.53冲击加速度标准套组的灵敏度幅值线性度 2ruB 正态 1 3 0.334冲击加速度标准套组的年稳定性 3rB均匀 0.5 0.295质量块上的冲击加速度横向运动比 4ruB 均匀 3 20.116冲击加速度峰值质量块
27、的冲击加速度不均匀度 5rB均匀 1 0.58合成标准不确定度 cu/ 1.67扩展标准不确定度 U/ 3.4JJF XXXX-201X11冲击脉冲持续时间：0.5ms10ms。C.6.1 校准点单次测量冲 击 力 峰 值 重复性引入的标准不确定度在 相 同 的 测 量 条 件 下 ， 在 低 值 （ 冲 击 力 峰 值 约 4kN,脉 冲 持 续 时 间 3ms） 、参 考 点 （ 冲 击 力 峰 值 约 6kN,脉 冲 持 续 时 间 2ms） 、 高 值 （ 冲 击 力 峰 值 约19kN,脉 冲 持 续 时 间 1.0ms） 三 个 校 准 点 进 行 重 复 性 测 量 , 冲 击
28、力 峰 值 测 量结 果 如 表 C.5 所 示 ：表 C.5 冲 击 力 重 复 性 测 量 结 果低 值 参 考 值 高 值试 验次 数标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie标 准 力N脉 冲 持续 时 间ms比 值ie1 4331 3.00 0.9788 5996 2.05 0.9658 18579 1.05 0.96092 4295 3.10 0.9935 6526 2.06 0.9591 19120 1.02 0.96753 4386 3.02 0.9861 6791 2.04 0.9602 18571 1.04 0.9492C=
29、1.69 0.9861 C=1.69 0.9617 C=1.69 0.9592平 均 maxin.2%iesmaxin.4%iesmaxin.3%ies考虑到冲击力示值测量重复性、分辨力引起的不确定度分量的相关性，两者可取较大值计算合成不确定度。由于测力仪动态校准测量重复性引起的不确定度分量要大于分辨力引起的不确定度分量，由 于 测 力 仪 第 i 次 冲 击 力 校 准 只 测 量 1 次 ， 因而校准点（单次测量）冲击力示值相对标准不确定度评定可按 计算。().3ryiuFC.6.2 冲 击 力 标 准 值 引入的标准不确定度C.6.2.1 质量块有效质 量 允 许 误 差 引 入 的 标
30、 准 不 确 定 度冲击力标准装置质 量 块 有效质 量 的最大允许误差所 引 入 的 不 确 定 度 分 量 为= =0.06%。)(rmu.3C.6.2.2 质 量 块 冲 击 加 速 度 测 量 引 入 的 标 准 不 确 定 度质 量 块 冲 击 加 速 度 测 量 引 入 的 不 确 定 度 包 括 质 量 块 冲 击 加 速 度 峰 值 不均 匀 度 、 质量块 质量块上的冲击加速度横向运动比、 比 较 法 加 速 度 测 量 装 置 的Comment A3: 与表 2应一致12测 量 不 确 定 度 。 冲击加速度峰值不均匀度假定为 （不超过 3%） ，仅限于径向修正处理，估计N
31、其影响量 。由于进一步考虑轴向修正处理，可假定三角分布（ ） ，则1%N 6k冲击加速度峰值不均匀度引入的相对标准不确定度为 。r1%()0.4u质量块质量块冲击加速度横向运动比为 （不超过 5%） ，假定均匀分布。由于冲T击加速度传感器直接测量法（比较法）测量质量块冲击加速度时所用冲击加速度传感器的横向灵敏度比一般不超过 15%，假设反正弦分布（ ） ，则质量块 质量块上2k的冲击加速度横向运动比引入的相对标准不确定度 按式。r0.15().3u根 据 冲 击 加 速 度 计 量 器 具 检 定 系 统 表 ， 落锤式冲击力标准装置中比 较 法加 速 度 测 量 冲 击 速 度 测 量 误
32、差 灵 敏 度 校 准 不 确 定 不 确 定 分 量。2%()1.0rapuFC.6.3测量不确定度计算测力仪校准点（单次测量）冲击力校准测量不确定度来源于冲击力测量重复性与落锤式冲击力标准装置（质量块、冲击加速度标准套组）引入的标准不确定度，参考点冲击力峰值测量不确定度分量如表 C.6所示。表 C.6 不确定度评定汇总表（冲击加速度传感器直接测量法）序号不确定度来源分量代号评定类型包含因子影响量%标准不确定度分量%1校准点（单次测量）冲击力示值重复性()ryiuFA 1 1.13 1.132 有效质量 rmB 30.1 0.063 不均匀度 r()NB 61.0 0.414质量块冲击加速度
33、峰值质量块横向运动比 ruTB 20.150.305冲击加速度标准套组加速度测量示值误差()rapFB 2 2 1.0JJF XXXX-201X13合成标准不确定度 rcu1.59%测力仪比较法校准点（单次测量）冲击力测量结果相对不确定度可按式(C.20) 合成， ， 取 k=2， 则22222, r()()()()()1.59%rcryi rrrpuFmNuTa比 较 法 校 准 点 （ 单 次 测 量 ） 冲 击 力 测 量 结 果 扩 展 不 确 定 度 Ur=3.2%。同 理 ， ，测力仪参考点冲击力测量结果标准不确定度()0.41%/30.4ryi 按(C.19)合成， =1.15%， 取22222, r()()()()()rcryi rrrpuFumNuTak=2， 则 测力仪比较法参考点冲 击 力测量结果扩 展 不 确 定 度 为 Ur=2.3%。C.6.4 测量不确定度报告落 锤 式 比 较 法 进 行 测力仪冲击力峰值校准示值误差扩展测量不确定度：参考点（三次测量平均值）： Ur=2.3%（ k=2） ，校准点（单次测量）： Ur=3.2%（ k=2） 。
