淺談一種電阻應(yīng)變式軋制力傳感器校準(zhǔn)方法及其測(cè)量值的不確定度評(píng)定

蔡開城

【摘 要】電阻應(yīng)變式軋制力傳感器是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中鋼材軋制機(jī)常用的力傳感器，軋鋼機(jī)通過軋制力傳感來測(cè)量軋輥兩端的力值并對(duì)軋制力進(jìn)行控制，其力值的準(zhǔn)確度直接影響到鋼材的成品率。本文介紹一種校準(zhǔn)方法及其過程中分析其不確定度分量主要來源，并對(duì)各不確定度分量、合成不確定度、擴(kuò)展不確定度進(jìn)行評(píng)定。

【關(guān)鍵詞】電阻應(yīng)變式；軋制力傳感器；不確定度評(píng)定

中圖分類號(hào)： TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）35-0045-002

Talking About a Calibration Method of Resistive Strain Rolling Force And Evaluation of the Uncertainty for Measuremrnta

CAI Kai-cheng

（Fujian Institute of Metrology，F(xiàn)uzhou 350001，F(xiàn)ujian Province，China）

【Abstract】The resistance strain gauge rolling force sensor is a commonly used force sensor in the steel rolling mill in the modern iron and steel industry. The rolling mill senses the force at both ends of the roll by rolling force sensing and controls the rolling force. The force value Accuracy directly affects the yield of steel. This article describes a calibration method and its process of analysis of the main sources of uncertainty components， and the components of uncertainty， synthetic uncertainty， extended uncertainty assessment.

【Key words】Resistance strain gauge； Rolling force sensor； Evaluation of uncertainty

0 引言

在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中，鋼鐵的生產(chǎn)流程一般包括采礦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼連鑄、軋鋼、機(jī)械加工等，從煉鋼廠出來的鋼坯需要經(jīng)過加熱爐加熱后通過輥道送入軋制機(jī)軋制才能形成特定尺寸的鋼板。鋼材軋制機(jī)是軋制鋼材的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各類鋼鐵企業(yè)，而軋制力傳感器是鋼材軋制機(jī)的力值測(cè)量設(shè)備。軋制力傳感器具有線性好、響應(yīng)速度快、抗過載能力強(qiáng)、滯后性好、量程大、抗偏載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，主要用來測(cè)量鋼坯在軋制過程中負(fù)載力為軋制力的控制提供數(shù)據(jù)支持，保證輥輪兩端負(fù)載力的一致性，對(duì)鋼材的質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用，因此保證軋制力傳感器的力值準(zhǔn)確性至關(guān)重要，需要對(duì)軋制力傳感器進(jìn)行力值校準(zhǔn)。

1 電阻應(yīng)變式軋制力傳感器的校準(zhǔn)

在規(guī)定的校準(zhǔn)環(huán)境下，將電阻應(yīng)變式軋制力傳感器安裝成工作狀態(tài)，將電阻應(yīng)變式軋制力傳感器安裝于疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)工作臺(tái)中間，與組合墊塊串接，使電阻應(yīng)變式軋制力傳感器主軸線、組合墊塊與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加載軸線相重合，使傾斜負(fù)荷和偏心負(fù)荷的影響減至最小，連接好傳感器和直流穩(wěn)壓電源及數(shù)字多用表，直流穩(wěn)壓電源接傳感器輸入端，數(shù)字多用表接傳感器輸出端，置零，啟動(dòng)疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)油泵對(duì)力傳感器施加預(yù)負(fù)荷至少3次，每次額定負(fù)荷的保持時(shí)間應(yīng)為30s～1min。卸除最后一次預(yù)負(fù)荷后，選擇合適的檢定點(diǎn)：檢定的初級(jí)負(fù)荷一般為額定負(fù)荷的10%～20%，檢定點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布，一般不少于5個(gè)點(diǎn)（不包括零點(diǎn)），讀取零點(diǎn)輸出值，逐級(jí)施加遞增負(fù)荷，直至額定負(fù)荷，在每一級(jí)負(fù)荷加到后，保持一定時(shí)間，讀取數(shù)字多用表的示值即為傳感器的輸出值，達(dá)到額定負(fù)荷后，逐級(jí)施加遞減載荷。在每一級(jí)負(fù)荷退回后，保持一定時(shí)間，讀取數(shù)字多用表的示值即為傳感器的輸出值，直至退回到零載荷，這一過程連續(xù)進(jìn)行3次，3次測(cè)量值的算術(shù)平均值即為所求傳感器的輸出值。

2 應(yīng)變式軋制力傳感器的測(cè)量值不確定評(píng)定

采用我院的疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)電阻應(yīng)變式軋制力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)后得出的測(cè)量值，對(duì)該測(cè)量值的不確定度進(jìn)行分析評(píng)定：

2.1 數(shù)學(xué)模型：Y=Y

式中：Y指的是傳感器的額定輸出

Y指?jìng)鞲衅髟陬~定負(fù)荷下的輸出值的平均值

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（Y）的評(píng)定

u（Y）的主要來源有以下五個(gè)方面

a）測(cè)量的重復(fù)性，可以A類方法進(jìn)行評(píng)定——u1（Y）

b） 力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的準(zhǔn)確度，由上級(jí)證書給出，以B類方法評(píng)定——u2（Y）

c） 直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度，由上級(jí)證書給出，以B類方法評(píng)定——u3（Y）

d） 數(shù)字多用表的準(zhǔn)確度，由上級(jí)證書給出，以B類方法評(píng)定——u4（Y）

（1）u1（Y）的評(píng)定：在實(shí)際測(cè)量中，選取SLC2040-13/20MN電阻應(yīng)變式軋制力傳感器，由直流穩(wěn)壓電源提供10V供橋電壓，在重復(fù)性條件下進(jìn)行3次測(cè)量，以3次測(cè)量值的算術(shù)平均值作為傳感器的輸出值，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1：

則測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（Y）為：

u1（Y）=■

其中：極差系數(shù)C=1.69

（2）力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的準(zhǔn)確度引入的u2（Y）的評(píng)定：估計(jì)均勻分布，則

u2（Y）=■

式中：α=0.05%*Y，k=■

（3）直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定度引入的u3（Y）的評(píng)定：由上級(jí)證書給出，則

u3（Y）=■

式中：α=0.005%*Y，k=2

（4）數(shù)字多用表的準(zhǔn)確度引入的u4（Y）的評(píng)定：由上級(jí)證書給出，則

u4（Y）=■

式中：α=0.006%*Y，k=2

（6）u1（Y）、u2（Y）、u3（Y）、u4（Y）彼此獨(dú)立，互不相關(guān)，則u2（Y）=u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）

2.3 合成不確定度uc（Y）的評(píng)定

靈敏系數(shù)：由數(shù)學(xué)模型Y=Y得

c1=■=1

uc（Y）=u（Y）

2.4 擴(kuò)展不確定度U的評(píng)定

U=kuc（Y）（取包含因子k=2）

2.5 根據(jù)以上公式計(jì)算合成不確定度，不確定度分量表2和合成不確定度表和擴(kuò)展不確定度表3：

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)應(yīng)變式軋制力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)量值溯源，保證了應(yīng)變式軋制力傳感器力值的準(zhǔn)確可靠，為鋼鐵企業(yè)軋制合格的鋼產(chǎn)品提供了技術(shù)保障，本文介紹我院疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)應(yīng)變式軋制力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)方法和不確定度評(píng)定方法。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]羅伏隆，翁建明，陳湘.軋制力傳感器的研制應(yīng)用[J].衡器，2012，41（4）.endprint