《动态力传感器校准规范》征求意见稿

1 引 言
力值计量是国防工业力学计量领域中开展最早的专业之一，在国防工业建设的各个领域，都有着广泛的应用。力值计量主要是通过力传感器进行力值测量和力值传递。目前在国防计量中，力值计量包括静态力和动态力。动态力传感器在产品研制、生产和使用过程中具有重要意义，动态力参数经常用来表征产品材料特性、动力系统性能、设备运行与生产中的安全参数以及一些控制反馈参数。在工业生产中，产品材料结构加载、零部件试验、发动机测试、碰撞试验、材料试验、生物力学及工业自动化控制及监测等领域中，广泛应用动态力传感器进行各种动态力的测量。动态力传感器的校准方法包括静态和动态，其中动态力信号基本可分为阶跃力校准(正阶跃和负阶跃)、冲击力校准和正弦力校准。近年来随着激光测速、数字信号处理等技术的发展，冲击力、正弦力等校准技术快速发展起来，国内外相继建立了冲击力、正弦力的校准装置。其中冲击力校准装置一般通过撞击获得吻合工程实际测量中最常见的冲击力脉冲信号，因其力值校准范围大，校准频率宽，成为了国内外最为常用的动态力传感器时域幅值灵敏度校准方法之一。
对动态力传感器的检定，国家早在1989年就已经制定了检定规程JJG632-89《动态力传感器》，规程至今近30年，未曾进行修订。规程中既包括了静态指标，也包括了动态指标，规程中动态性能的检定基于静态灵敏度，通过动态力激励，计算传感器的相对幅值误差。近年来，随着正弦力法、冲击力法等相关校准技术研究工作的深入，技术人员对力传感器提出包括动态灵敏度、幅频响应、幅值线性度等动态计量特性指标校准的需求；同时动态力校准装置大都基于加速度测量，现有规程对包括正弦力及冲击力在内的动态检定方法及动态计量特性的描述均存在着不足。在国外，俄罗斯、英国、德国、美国都在不断发展动态力校准技术的研究工作，ISO/TC108/SC3 关于“动态力传感器的校准”已到草案阶段。随着国内动态力校准装置研究工作的快速发展，2012年根据国际国内正弦力校准技术的研究成果，颁布了JJF 1370-2012《正弦法力传感器动态特性校准规范》，规范主要针对正弦力校准方法、校准项目。因此为了更好地适应冲击力校准技术的研究现状，及动态力传感器校准的需求，迫切需要尽快修订现有动态力检定规程，以适应我国现有科学技术和国民经济发展的需要。
本校准规范2016年由北京长城计量测试技术研究所和中国计量科学研究院提出编制申请，2017年通过力值硬度计量技术委员会审定同意申报编制，2018年国家质检总局批准进行编制（国质检量函〔2013〕101号）。
2 编制内容说明
2.1引言要求
法规的修订中增加了引言部分，主要用来说明规范的编写依据及相关参考规程。
2.2 术语和定义
法规的修订中增加了术语和定义，其中主要定义了静态幅值灵敏度、动态幅值灵敏度、冲击力法、正弦力法、阶跃力法。
2.3 计量性能要求
静态性能方面，基本沿用了原规程规定的技术指标和准确度等级。
动态性能方面，进行了较大修改。修改依据了目前动态力校准的三种校准装置：正弦力校准装置、冲击力校准装置、阶跃力校准装置，以及两个相关校准规范：JJF1053-1996《负荷传感器动态特性校准规范》、JJF1370-2012《正弦力法力传感器动态特性校准规范》。其中阶跃力校准装置及冲击力校准装置能够对传感器的时域动态特性进行评价，而正弦力校准装置和阶跃力校准装置则能够对传感器的频域动态特性进行评价。
基于以上依据，校准项目选择了动态幅值灵敏度、动态幅值灵敏度相对误差、动态幅值灵敏度的幅值线性度作为动态幅值灵敏度的常规校准项目，冲击力脉冲持续时间示值误差、阶跃力上升时间/下降时间作为时域动态特性的校准项目，选择了幅频特性、相频特性、固有频率（安装谐振频率）作为频域动态特性的校准项目。动态力传感器的时域动态特性主要基于牛顿第二定律，间接测量得到动态力峰值，与传感器输出电压峰值进行计算得到被校动态力传感器的动态幅值灵敏度。对于激励信号为瞬态时域信号的冲击力法，其在频域上表现为连续无限的频谱，与正弦力值标定不同，冲击力在涵盖了包括谐振频率在内的全部频率范围内均具有幅值分布，导致在测量冲击力时，传感器的动态幅值灵敏度与正弦力下的动态幅值灵敏度以及静态灵敏度存在一定甚至较大差别。
国内动态力标准装置主要通过质量测量和加速度测量进行溯源，其中质量测量精度相对较高，因此加速度测量误差是动态力标准装置测量不确定度的主要影响因素。因此动态力传感器动态力校准的技术指标主要参照目前国内冲击加速度测量的依据文件JJG 233－2008 《压电加速度计检定规程》、JJG 973－2002《冲击测量仪检定规程》的相关规定给出。
    修改后的技术指标如下表所示。
准确度等级        一        二        三        四
技
术
指
标        静
态
特
性        静态幅值灵敏度（pC/N或mV/(V•N)）        按实测值
                直线度（%FS）        ±0.3        ±0.5        ±1.0        ±2.0
                滞后（%FS）        ±0.3        ±0.5        ±1.0        ±2.0
                重复性（%FS）        ±0.3        ±0.5        ±1.0        ±2.0
                灵敏度温度影响（%FS/℃）        ±0.03        ±0.03        ±0.06        -
                稳定度（%/X月）        ±0.6        ±1.0        ±2.0        ±4.0
        动
态
特
性        动态幅值灵敏度        动态幅值灵敏度值(pC/N，mV/N或mV/(V•N))        按实测值
                        动态幅值灵敏度相对误差(%)        ±2.0        ±3.0        ±5.0        ±10
                        动态幅值灵敏度线性度(%)        ±2.0        ±3.0        ±5.0        ±10
                时域特性        冲击力脉冲持续时间示值误差(%)        ±10
                        阶跃力上升时间/下降时间(ms)        按实测值
                频域特性        幅频特性(%)        ±10
                        相频特性(º)        与参考频率点≤5º，其他频率点≤15º
                安装谐振频率(Hz）        按实测值
                固有频率(Hz）        按实测值
        绝缘电阻        按实测值
备
注        1、动态力传感器及其配套信号适调器具有静态输出的（如配套准静态电荷放大器进行校准的压电式动态力传感器、应变式动态力传感器），动态幅值灵敏度相对误差及幅频特性以静态幅值灵敏度作为参考灵敏度计算；
2、动态力传感器及其配套信号适调器不具有静态输出的（如低阻抗电压输出式型动态力传感器），动态幅值灵敏度相对误差及幅频特性以正弦力法校准的参考频率点（80Hz或160Hz）的灵敏度作为参考灵敏度计算；
3、固有频率和安装谐振频率的校准参照被校动态力传感器出厂技术指标。
4、绝缘电阻的校准参照被校动态力传感器出厂技术指标。
2.4 计量器具控制
2.4.1 校准用设备
法规的修订中增加校准用设备的计量特性，主要包括：力标准机、激励电源、电荷放大器、数字电压表或应变式传感器测量仪表、恒温箱、冲击力标准装置、正弦力标准装置、阶跃力标准装置、力锤、数字存储示波器、动态信号分析仪、绝缘电阻测试仪。
校准用设备与其适用的校准项目如下表所示。
序号        校准项目        校准用设备名称
1        静
态
特
性        静态幅值灵敏度        力标准机
标准电压源或电荷放大器
指示仪表（数字电压表或应变式传感器测量仪表）
恒温箱
2                直线度       
3                滞后       
4                重复性       
5                灵敏度温度系数       
6                长期稳定度       
7        动
态
特
性        动态幅值灵敏度        动态幅值灵敏度        冲击力标准装置、正弦力标准装置或阶跃力标准装置
激励电源（标准电压源或恒流源）或电荷放大器
指示仪表（数字存储示波器、动态信号分析仪或应变式传感器测量仪表）
8                        动态幅值灵敏度相对误差       
9                        动态幅值灵敏度线性度       
10                时域特性        冲击力脉冲持续时间示值误差        冲击力标准装置或阶跃力标准装置
激励电源（标准电压源或恒流源）或电荷放大器
指示仪表（数字存储示波器或应变式传感器测量仪表）
11                        阶跃力上升时间/下降时间       
12                频域特性         幅频特性        正弦力标准装置或阶跃力标准装置
激励源（标准电压源或恒流源）或电荷放大器
指示仪表（数字存储示波器、动态信号分析仪或应变式传感器测量仪表）
13                         相频特性       
14                 安装谐振频率       
15                 固有频率        力锤
数字存储示波器或动态信号分析仪
16        绝缘电阻        绝缘电阻测试仪
备注        1、应变式动态力传感器静态特性校准时配套使用标准电压源和数字电压表或直接使用同时具备提供激励电源和显示输出功能的应变式传感器测量仪表。
2、低阻抗电压输出式型压电式动态力传感器动态特性校准时的激励源使用恒流源，指示仪表使用数字存储示波器或动态信号分析仪。
3、压电式动态力传感器静态特性校准时需配套使用电荷放大器和数字电压表。动态特性校准时使用电荷放大器，指示仪表使用数字存储示波器或动态信号分析仪。

2.4.1 校准项目与校准方法
2.4.1.1 校准项目
法规的修订中主要针对动态校准项目进行了修改，主要依据2.3中的说明。
2.4.1.2 校准方法
静态性能方面，基本沿用了原规程规定的技术指标和准确度等级。
动态特性方面，法规的修订中主要增加动态幅值灵敏度校准（正弦力法、冲击力法、阶跃力法）、动态幅值灵敏度相对误差的校准、动态幅值灵敏度的幅值线性度校准的校准方法。对于时域特性校准及频域特性校准进行了修改，其中，时域特性的校准主要包括冲击力脉冲持续时间示值误差校准、阶跃力上升时间/下降时间作为时域动态特性的校准，而时域特性的校准主要包括幅频特性校准（正弦力法、阶跃力法）、相频特性校准（正弦力法、阶跃力法）。除此之外，还对增加了对动态力传感器的安装谐振频率的校准方法（正弦力法、阶跃力法）和动态力传感器固有频率校准方法（锤击法）的说明。
2.4.2 校准结果的处理
依据JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》，本次编制规定了校准结果处理的要求。
2.5 附录
法规的修订中删除了附录中的附录2落锤式动态力标准装置、附录3单自由度二阶线性系统、附录4压电晶体力传感器电容测试方法、附录5压电晶体力传感器灵敏阈的测试方法、附录10检定证书内面格式（时域检定结果）、附录11检定证书内面格式（频域检定结果）。增加了附录A静态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估、附录B动态幅值灵敏度校准结果的不确定度评估、附录E用瞬态力信号源激励源进行频域特性的另一种校准方法。

感谢，看看有多大的变化