冲击加速度标准装置不确定度评定

　　一、引言

　　在冲击计量测试中,如何对冲击加速度标准装置进行不确定度评定还是一个新的课题。本文以8901A冲击加速度标准装置(以下简称装置)为例,提出了一种不确定度的评定方法。

　　二、冲击加速度标准装置的构成及工作原理

　　装置由标准力传感器、落锤、冲垫及测试仪器等配套组成,其原理图如图1所示。

　　该装置采用冲击力法,即测定产生冲击加速度所需要的力。它是将固定在落锤上的被校加速度计,从某一高度处自由降落与底座内的力传感器相撞击,产生冲击力。在冲击过程中落锤产生一半正弦冲击加速度波形。假设落锤为绝对刚体,而且被校加速度计与落锤之间为刚性连接,则被校加速度计将把这一种冲击加速度转换成电荷输出,经电荷放大器放大,即可由峰值电压表很方便地显示出被校加速度计在不同的冲击加速度下所输出的电荷值。由于落锤和传感器及电缆的部分质量是已知的,根据牛顿第二定律F=ma,就可计算出整个落锤及被校加速度计的最大加速度值。被校加速度计的冲击灵敏度Sq由下式计算得到:

　　Sq=E/a(1)

　　式中:Sq为冲击加速度计冲击灵敏度,pC/m·;E为被校加速度计输出的峰值,pC;a为落锤产生冲击加速度的峰值,由力传感器输出测得,m/。

　　三、冲击加速度标准装置不确定度分析

　　1.测量不确定度的主要来源

　　(1)测量标准重复性;(2)测量标准的幅值线性度;(3)力传感器非线性;(4)落锤及被校加速度计的质量偏差;(5)电荷放大器测量误差;(6)峰值电压表测量误差;(7)力传感器静标动用的误差;(8)测量标准比较法检定误差;(9)导线称重的误差。

　　2.标准不确定度分量的评定

　　在对此装置进行不确定度分析时,我们选择瑞士KISTER公司生产的编号为124860的标准冲击加速度计808A(以下简称808A),作为测量标准来评定标准装置不确定度。

　　(1)测量标准重复性引入的不确定度分量u1

　　根据测试数据(如表1)按A类评定:n=10,计算其算术平均值、实验标准偏差和相对标准偏差。算术平均值:

　　实验标准偏差:

　　相对标准偏差:

　　相对不确定度分量:

　　自由度:ν1=5-1=4

　　(2)测量标准的幅值线性度引入的不确定度分量u2

　　在同样的环境条件下,将808A安装在本装置上,从500m·~20000m·之间均匀选择14个点进行测试,其测试数据(如表2)按A类评定。

　　用最小二乘法计算,由n次检定的加速度ai与灵敏度Si值,用下式求出回归直线:

　　S=S0+K·a(2)

　　式中:K为回归直线斜率;S0为回归直线截距。