拉杆式线位移传感器校准系统2

拉杆式线位移传感器校准系统

作者：李 季 张 涛 权伊明

 

 

 

 

       线位移传感器作为测量直线位移的精密器件，广泛应用于航空航天、电力、水利等多个行业的测试任务。拉杆式线位移传感器通过拉杆伸缩将直线位移变化转化为相应的电信号输出，是最为常见的线位移传感器，其计量性能优劣直接影响到整个测试系统的性能及测试数据的有效性。为确保传感器的精度和可靠性，需定期对其进行校准，根据具体情况，选择合理的校准手段。

        本文介绍一种基于激光干涉仪和数字多用表作为标准器搭建的拉杆式线位移传感器校准系统，采用一米万能工具显微镜作为导轨及位移粗定位装置，激光干涉仪记录传感器在各个校准点的位移值，同时利用数字多用表读取传感器输出电信号，获得输入 － 输出关系，进而计算得出被校传感器的灵敏度、基本误差、线性度、回程误差、重复性等主要计量特性。经实验验证，该系统精度高、重复性好，适用于小批量、高精度拉杆式线位移传感器的校准工作。

 1 校准系统构成及校准方法

        本系统采用 API 公司 DS5LS 型激光干涉仪作为长度标准器，将激光干涉仪 5 － D 传感单元和被校拉杆式线位移传感器的测杆固定在万工显的主显微镜臂架上，传感器的外壳装夹在万工显的玻璃工作台上。激光头安装在测量运动方向的延长线上，传感单元与激光头之间采用电缆连接，接通传感器电源并与数字多用表连接。

       进行校准工作之前应调节传感器、传感单元及激光头的安装位置，使传感器测杆直线运动方向与万工显纵轴一致，移动时测杆不与外壳发生干涉，激光干涉仪在传感器的整个量程中均有有效示值。按照说明书连接传感器电源，并选择数字多用表的测量档位。开展校准工作，移动万工显纵轴调整位移传感器输出范围，在其输出范围内大致均布取 11 个校准点，通过万工显粗定位到各个校准点，按顺序分别记录激光干涉仪给出的位移值和各校准点上的信号输出值，以正、反两个行程为一个测量循环，共测量三个循环。

2 校准结果测量不确定度评定

      以准确度等级 0. 1 的直流差动变压式线位移传感器为例进行测量不确定度评定。传感器测量范围上限为 100mm，满量程输出为 10V，基本误差要求为± 0. 1% 。

2. 1 不确定度来源

      影响传感器基本误差测量结果的主要因素有标准器( 激光干涉仪的测距误差、数字多用表的测量误差) 、测量重复性、回程误差、环境条件、安装误差等。 

2. 2 标准不确定度评定

2. 2. 1 激光干涉仪测距误差引入的不确定度分量 u1

     激光干涉仪测距的最大允许误差为 ± ( 0. 03 +0. 5L) μm，忽略固有误差，只考虑与测量距离有关的相对误差。由于被校准传感器 100mm 的测量上限对应于满量程 10V 的输出，因此相对于满量程输出而言，激光干涉仪测距误差引入的不确定度分量由下式估算，按均匀分布处理。

2. 2. 2 数字多用表引起的不确定度分量 u2

      数字多用表测量时，分辨力引起的不确定度可以忽略不计，测量量程选择为 10V，按均匀分布处理。

2.2. 3 安装误差引入的不确度分量

       安装误差主要有阿贝误差和余弦误差。实际安装时，合理布局激光干涉仪和传感器，调整测头运动方向与一米万能工具显微镜的导轨方向一致，以便消除阿贝误差和余弦误差的影响，这样安装误差引入的不确定度分量可以忽略不计。

2. 2. 4 重复性引入的不确定度分量 u3

       测量重复性引入的不确定度分量采用 A 类评定法。对被校传感器正行程 100mm 点在重复性条件下重复测量 10 次。由贝塞尔公式计算得出单次实验标准偏差 s 为0. 00028%，由测量重复性引入的不确定度分量。

2. 2. 5 回程误差引入的不确定度分量 u4

       计算出被校传感器的回程误差为 0. 01% ，按均匀分布处理。

2. 2. 6 环境条件的影响

       环境条件的影响主要表现为室温的变化，即被校准传感器与仪器的温度差异等方面。只要在校准规范规定的环境条件下进行校准，以上因素的影响可以忽略不计。

2. 3 合成标准不确定度

2. 4 扩展不确定度

     取包含因子 k = 2，扩展不确定度为: U = kuc = 2 × 0. 0061% ≈0. 013%

3 结论

      本文搭建的校准系统精度高、重复性好，可以满足量程 1000mm 以内的高精度拉杆式线位移传感器校准工作，满足了该类传感器量值溯源的需要，提升了笔者所在线位移传感器校准方面的能力，同时也为其它类型线位移传感器的校准提供了思路。

 

 

 

 

 

本文章转自爱学术（aixueshu.com），如有侵权，请联系删除