魏居锋，张旭敏，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

线位移传感器计量建标方案探讨

魏居锋，张旭敏，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

依据计量标准考核的要求，通过对计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，建立线位移传感器符合量值传递的标准器组

线位移传感器；计量建标；长度计量

1 建立计量标准的目的

计量标准在计量检定系统中起着传递量值承上启下的作用，是将各项计量基准复现的单位量值传递到生产贸易和科学技术等使用第一线的纽带，是实现量值统一的基础。因此为了保证量值准确可靠必须建立计量标准[1，2]。

2 计量标准的工作原理及组成

2.1 工作原理

线位移传感器可用来测量位移、激励、位置和应变量等长度尺寸，在工程测试中应用广泛。线位移传感器输出信号的类型多，绝大部分线位移传感器输出电信号，如不同频率的脉冲信号、电压或电流等模拟量；也有些线位移传感器已集成了信号转化功能，能直接以数字方式或其它方式输出长度尺寸[3]。

2.2 计量标准组成

量块，线位移传感器

3 计量标准器及主要配套设备

计量标准器及配套设备的配置应当科学合理，完整齐全，并能满足开展检定或校准工作的需要。计量特性必须符合相应计量检定规程或技术规范的规定[4]。标准配置如表1.

表1 计量标准器及主要配套设备

4 计量标准的主要技术指标

（1）量块：

1）测量范围：（0.5~100）mm

2）准确度等级：3等

（2）量块：

（1）测量范围：（600~1000）mm

（2）准确度等级：4等

5 环境条件

环境条件及设施应当满足开展检定或校准工作的要求，并按要求对环境条件进行有效监测和控制；JF1305-2011《线位移传感器校准规范》6.1.1要求[3]：室内校准温度在（20±5）℃，相对湿度≤65%；因此按实际情况本项目环境条件要求与实际情况如表2.

表2 环境条件

6 计量标准的量值溯源和传递框图

JJF1033-2008《计量标准考核规范》4.1.2计量标准的溯源性要求：为了保证计量标准的溯源性，计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定或校准方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准量值的一致性[1]。量值溯源和传递框图如图1.

图1 计量标准的量值溯源和传递框图

7 计量标准的重复性试验

选用量块100 mm（编号：970252）测量10次，重复上述过程10次得到测量结果如下[1]，如表3.

表3 测量重复性数据/mm

实验标准差：

标准的测量重复性的标准偏差为s（y）=0.07 μm，小于重复性0.12 μm.所以本次计量标准的测量重复性考核合格。

8 校准结果的测量不确定度评定

8.1 测量方法

采用量块配合传感器检测台校准线位移传感器，线位移传感器安装在传感器检测台的固定位置上，然后使用量块来检查各个校准点的数值

8.2 不确定度分析与讨论

根据本规范的校准方法，传感器各校准点的基本误差δij计算式见式（1）

当位移传感器安装位置与环境条件已确定后，式（1）中的校准点处输出量的拟合输出量Yi与YFS满量程输出可当作常量来处理，该式中只有校准点实测的输出量一个变量，只考虑影响该实际测量值的相对不确定度。

8.3 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件、测量重复性、回程误差、环境条件、安装误差等，在评定不确定度时考虑这些因素。

8.4 标准不确定度评定

8.4.1.量块引入的不确定度分量

4等量块不确定度为（0.5+5L）μm，活动测杆运动范围不得少于3 mm，L=0.003 m；k=2.7则

则 8.4.2.数字多用表读数引起的不确定度分量

数字多用表实际读数时，采用的分辨力为0.0001 V，则分辨力引起的不确定度可以忽略不计。数字多用表直流测量的相对示值误差限为DCV± 0.03%，该表由选择量程引入的相对误差为DCV± 0.004%，按均匀分布处理，k=，因此数字多用表读数引入的不确定度分量u2，估算为：

8.4.3 传感器安装误差引入的不确定度分量

传感器的安装误差主要有阿贝误差和余弦误差。实际安装式，合理布局传感器和检测台的位置，以便消除阿贝误差和余弦误差的影响，这样传感器安装误差引入的不确定度可以忽略不计。

8.4.4 传感器重复性引入的不确定度分量u3

对于基本误差要求为±0.2%的位移传感器，其重复性的要求应不超过0.08%，传感器重复性引入的不确定度为：

u3=0.08%

8.4.5.传感器回程误差引入的不确定度分量u4

对于基本误差要求为±0.2%的位移传感器，其回程误差的要求应不超过0.08%，按均匀分布处理，k =，传感器回程误差引入的不确定度为：

8.4.6 环境条件的影响

换进条件的影响主要表现为室温的变化，即被测传感器与仪器的温度差异等方面。经实验，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。

8.5 合成标准不确定度

不考虑相关因素，以上4个不确定度分量按下式合成。

8.6 扩展不确定度

取包含因式k=2，扩展不确定度为

U＝kuc=2×0.094%≈0.20%

9 检定或校准结果的验证

按照JJF1033-2008《计量标准考核规范》测量不确定度验证，使用比对法进行验证，选用四等量块（编号：1683）与3等量块：测量范围：（0.5~100）mm；编号：970252;取线位移传感器中的100 mm作为核查标准[1]；安排检定员1和检定员2进行比对。比对数值如表4.

表4 比对数值表/HR

由于：检定员1的测量不确定度为U1=0.1 μm

检定员2的测量不确定度为U2=0.1 μm

10 结束语

依据《JJF1033-2008计量标准考核规范》的要求，通过对本计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，从技术的角度考虑，该计量标准器具可以依据《JF1305-2011线位移传感器校准规范》的要求，能够开展相应仪器的检定工作[1，4]。

[1]JJF1033-2008计量标准考核规范[S]，北京：中国计量出版社，2008.

[2]JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S]，北京：中国计量出版社，2012.

[3]JJF1001-1998通用计量术语及定义[S]，北京：中国计量出版社，1998.

[4]JF1305-2011线位移传感器校准规范[S]，北京：中国计量出版社，2011.

Discussion on the Measurement and Calibration of Linear Displacement Sensor

WEI Ju－feng，ZHANG Xu－min，LIU Ke－xian
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Guangdong Shenzhen 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration of linear displacement sensor through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

linear displacement sensor；measurement and calibration；length measurement

TH822

B

1672-545X（2017）06-0274-03

2017-03-25

魏居锋（1967-），男，山东人，硕士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作；张旭敏（1964-），男，广西人，硕士，高级工程师，从事机电工程、检测测试工作；刘克先（1967-），男，湖南人，学士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作；