工作測(cè)振儀頻率響應(yīng)及加速度幅值非線性比對(duì)分析

/ .蘇州市計(jì)量測(cè)試院；.南京市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)院

0 引言

隨著工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)機(jī)器裝備的振動(dòng)要求也越來(lái)越高，越來(lái)越多的工作測(cè)振儀被廣泛地使用。江蘇省內(nèi)共有5家市級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)建立了開(kāi)展測(cè)振儀檢定校準(zhǔn)的社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，其他的一些沒(méi)有建立社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)機(jī)構(gòu)也陸續(xù)開(kāi)展了工作測(cè)振儀的校準(zhǔn)工作。

目前CNAS開(kāi)展了振動(dòng)領(lǐng)域的能力驗(yàn)證，但是驗(yàn)證用的比對(duì)樣品一般都為參考加速度計(jì)，而檢定校準(zhǔn)最多的工作測(cè)振儀則從來(lái)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)比對(duì)。為了更好地了解各計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)于工作測(cè)振儀的實(shí)際檢定校準(zhǔn)能力，江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在2017年組織了“工作測(cè)振儀計(jì)量比對(duì)”。

1 比對(duì)工作

比對(duì)工作由江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局組織，江蘇省聲學(xué)計(jì)量專業(yè)技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)實(shí)施，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室為南京市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)院，參加實(shí)驗(yàn)室為省內(nèi)4家市級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，其中3家技術(shù)機(jī)構(gòu)建立了社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，1家技術(shù)機(jī)構(gòu)未建立社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，僅通過(guò)了CNAS認(rèn)可。

比對(duì)樣品及各實(shí)驗(yàn)室所用的標(biāo)準(zhǔn)器信息如表1和表2所示。

表1 比對(duì)樣品信息

1.1 比對(duì)樣品穩(wěn)定性

為了考察工作測(cè)振儀的穩(wěn)定性，樣品傳遞開(kāi)始前實(shí)施機(jī)構(gòu)對(duì)樣品進(jìn)行了穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。在樣品分發(fā)前分別于2017年5月、2017年6月、2017年7月，2017年8月進(jìn)行了四次校準(zhǔn)，在樣品傳遞結(jié)束后進(jìn)行了第五次校準(zhǔn)。樣品開(kāi)始傳遞前和傳遞結(jié)束后的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表2 實(shí)驗(yàn)室及標(biāo)準(zhǔn)器信息

表3 比對(duì)樣品穩(wěn)定性

由表3可以看出，各校準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性約為1.0%。

1.2 比對(duì)方案

本次比對(duì)試驗(yàn)方法按JJG 676-2000《工作測(cè)振儀》檢定規(guī)程[1]，不確定度評(píng)定參照J(rèn)JF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[2]的要求。本次比對(duì)項(xiàng)目為頻率響應(yīng)及幅值非線性。頻率響應(yīng)試驗(yàn)要求加速度幅值為10 m/s2，頻率點(diǎn)分別為20 Hz、80 Hz、160 Hz、640 Hz；幅值非線性試驗(yàn)要求在160 Hz下，加速度幅值分別為5 m/s2、10 m/s2、20 m/s2時(shí)，給出工作測(cè)振儀加速度示值，并給出每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量不確定度（k= 2），測(cè)量結(jié)果保留1位小數(shù)，單位為m/s2，測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度保留2位有效數(shù)字。

工作測(cè)振儀的安裝：分離式測(cè)振儀傳感器安裝時(shí)，重心應(yīng)盡量對(duì)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面中心，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)傳感器與測(cè)振儀傳感器剛性安裝在一起（背靠背或肩并肩），推薦底面涂一層硅脂以保證其良好剛性，安裝力矩推薦2 Nm。

1.3 比對(duì)判斷依據(jù)

此次比對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27043-2012《合格評(píng)定 能力驗(yàn)證的通用要求》[3]中推薦的En數(shù)計(jì)算能力評(píng)價(jià)值，以主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的測(cè)振儀示值誤差測(cè)量結(jié)果作為本次能力驗(yàn)證的參考值。具體為

式中：xi—— 參比實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的測(cè)振儀示值誤差；

X—— 主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的測(cè)振儀示值誤差；

Uref—— 主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；

Ui—— 參比實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

以En≤1為滿意，En＞1為不滿意，作為本次能力驗(yàn)證結(jié)果的評(píng)價(jià)依據(jù)。

1.4 比對(duì)結(jié)果

各參比實(shí)驗(yàn)室En值見(jiàn)表4～9。

表4 160 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

表5 20 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

表6 80 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

表7 640 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

表8 160 Hz、5 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

表9 160 Hz、20 m/s2比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

各參比實(shí)驗(yàn)室工作測(cè)振示值誤差測(cè)量結(jié)果分布圖如圖1～6所示。

圖1 20 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果

圖2 80 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果

圖3 640 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果

圖4 160 Hz、5 m/s2比對(duì)結(jié)果

圖5 160 Hz、10 m/s2比對(duì)結(jié)果

圖6 160 Hz、20 m/s2比對(duì)結(jié)果

2 比對(duì)分析

從圖1～圖6可以看出，各實(shí)驗(yàn)室工作測(cè)振儀校準(zhǔn)試驗(yàn)點(diǎn)（20 Hz，10 m/s2；80 Hz，10 m/s2；160 Hz，10 m/s2；640 Hz，10 m/s2；160 Hz，5 m/s2；160 Hz，20 m/s2）處的測(cè)量結(jié)果，本次參比試驗(yàn)室的比對(duì)結(jié)果為滿意（即En≤1）。

3 比對(duì)中存在的問(wèn)題

1）部分實(shí)驗(yàn)室未能完全按照比對(duì)方案要求提供相關(guān)材料，如：比對(duì)材料提供不全，提供的溯源證書(shū)與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核證書(shū)中儀器不一致。

2）部分實(shí)驗(yàn)室出具原始記錄、校準(zhǔn)證書(shū)、不確定度分析報(bào)告時(shí)不夠仔細(xì)，具體問(wèn)題有：

（1）原始記錄與比對(duì)結(jié)果報(bào)告內(nèi)容不一致，如有實(shí)驗(yàn)室原始記錄為10.1，但是在比對(duì)報(bào)告中的數(shù)據(jù)為10.0。

（2）原始記錄校準(zhǔn)員、核驗(yàn)員簽名不完整。

（3）原始記錄部分未填寫(xiě)的空格沒(méi)有劃去。

（4）測(cè)量結(jié)果與不確定度小數(shù)位數(shù)未對(duì)齊。

3）部分實(shí)驗(yàn)室在對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定中存在一些問(wèn)題，具體有：

（1）只考慮測(cè)量重復(fù)性以及標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量，分量考慮不完整，從而使合成不確定度值偏小。

（2）部分實(shí)驗(yàn)室未列出測(cè)量模型及靈敏系數(shù)。

（3）重復(fù)性引入的A類不確定度評(píng)定中，重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與比對(duì)結(jié)果報(bào)告上的示值具有明顯差異。

（4）混淆相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度和標(biāo)準(zhǔn)不確定度，如：標(biāo)準(zhǔn)器溯源得到的相對(duì)不確定度未換算成標(biāo)準(zhǔn)不確定，直接與重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行了合成。

（5）也有部分實(shí)驗(yàn)室出于通過(guò)比對(duì)的目的，人為地放大了擴(kuò)展不確定度，其擴(kuò)展不確定度超過(guò)被校準(zhǔn)工作測(cè)振儀允許誤差絕對(duì)值的50%，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其建標(biāo)時(shí)技術(shù)報(bào)告中評(píng)定的擴(kuò)展不確定度[4]。

4）部分實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量時(shí)安裝加速度計(jì)較為隨意，未采用肩并肩或者背靠背，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在高頻部分產(chǎn)生一個(gè)比較明顯的偏差[5]。雖然對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的影響不大，沒(méi)有不滿意現(xiàn)象發(fā)生，但是對(duì)于這種由于人為原因?qū)е碌牟铄e(cuò)，應(yīng)該盡量避免。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次比對(duì)，了解了江蘇省各計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定和校準(zhǔn)工作測(cè)振儀的現(xiàn)狀和相關(guān)儀器設(shè)備的準(zhǔn)確度，考查了相關(guān)人員的技術(shù)水平，為保證江蘇省內(nèi)的量值傳遞的準(zhǔn)確可靠提供了依據(jù)。針對(duì)比對(duì)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，也對(duì)各技術(shù)機(jī)構(gòu)組織了宣貫和學(xué)習(xí)，順利完成了江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量處下達(dá)的2017年度工作測(cè)振儀的比對(duì)任務(wù)。