力锤（冲击法）校准规范.docx
中华人民共和国国家计量技术规范JJFXXXX-XXXX力锤（冲击法）校准规范CalibrationSpecificationofForceHammer(Impactmethod)（征求意见稿）XXXX-XX-XX 实施XXXX-XX-XX发布力锤(冲击法)校准规范CalibrationSpecificationofForceHammer(Impactmethod)归口单位：全国振动冲击转速计量技术委员会主要起草单位：参加起草单位：本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:5c5cccy5c参加起草人：*¾*>弓IPSIl1范围2223雌25校准35.1 环境条件35.2 测量标准及其他设备36校准项目和校准方法46.1校准项目462校准方法46.2.1外观及工作正常性检查46.2.2灵敏度幅值线性度46.3灵敏度年稳定度67校准结果表达78复校时间间隔7附录A8附录B8引言本规范依据JJF1071国家计量校准规范编写规则、JJF1001通用计量术语及定义、JJF1059测量不确定度评定与表示共同构成支撑校准规范制修订工作的基础性系列规范。本规范为首次制定。力锤（冲击法）校准规范1范围本规范适用于新制造、使用中和修理后的力值测量范围（1-100）kN力锤的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJG233压电加速度计JJF1943冲击测量仪JJF1156振动冲击转速计量术语及定义JJF1011-2006力值与硬度计量术语及定义凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件,其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3概述力传感器图1力锤结构示意图力锤又称冲击力锤、脉冲力锤，通常由冲击锤头（又称缓冲头，通常可根据用途由硬度不同的材质，如橡胶、尼龙、铝、钢等制成）、力传感器、锤体、质量负载（又称配重）、锤柄及信号输出等组成。通过击打（激励）被试结构物，力锤传感器感应冲击力的变化，输出与冲击力大小对应的信号，通过信号输出电缆提供给后续设备进行测试、分析。其结构简图如图1所示：4计量特性4.1 灵敏度幅值线性度：±10%4.2 灵敏度年稳定度：5%注：1.以上指标不用于合格性判别，仅供参考。2.根据被校准仪器的预期用途选择相应的校准项目。5校准条件5.1 环境条件5.1.1 环境温度：(23±5)°C;5.1.2 相对湿度：90%:5.1.3 实验室及周围环境无强振源，无强电磁场的干扰。5.2 测量标准及其他设备5.2.1 冲击加速度标准套组或激光干涉仪表2性能参数冲击加速度峰值apms2加速度峰值测量不确定度Urd(仁2)502.0XIO,3%>2.0×104-1.0×IO55%5.2.2 摆锤式冲击力标准装置此装置由摆动质量块和悬挂装置组成，其中摆臂质量应不超过摆动质量块质量的0.1%o冲击力范围：满足被校力锤冲击力测量范围。5.2.3 落锤式冲击力标准装置此装置由提升限位装置和质量块组成，需保证质量块竖直自由落体到力锤正上方。冲击力范围：满足被校力锤冲击力测量范围。5.2.4 动态信号采集分析系统至少包含双通道FFT分析功能，分析带宽不低于20kHz,其它性能满足JJG834-2006动态信号分析仪A级要求。5.2.5 电荷放大器电荷放大器应满足JJG338-2013电荷放大器的一级B类要求。5.2.6 电子天平电子天平的准确度等级应不低于11级。注：可根据采用的校准方法选择不同的测量标准和设备。6校准项目和校准方法6.1校准项目表2校准项目表序号校准项目1 -灵敏度线性度2 灵敏度年稳定度6.2校准方法6.2.1外观及工作正常性检查6.2.1.1外观检查目测被校力锤外观，应标有仪器名称、型号、制造厂、出厂编号等信息。输出端口等应有识别标志，各连接部分应牢固可靠。无影响正常工作的机械损伤。6.2.1.2工作正常性检查按说明书规定连接力锤，轻敲力锤应有信号输出。6.2.2灵敏度幅值线性度6.2.2.1摆锤冲击法a.选用合适的摆动质量块，将冲击加速度标准套组刚性安装在摆动质量块的撞击面背面的中心位置，并用电子天平称出摆动质量块和冲击加速度标准套组的总质量M（当采用激光干涉仪时，激光测量点应对准摆动质量块的撞击面背面的中心位置，并用电子天平称出摆动质量块的质量M）；b.按图2所示安装和连接测量标准设备和被校力锤；调节力锤和摆动质量块的高度和水平，尽量确保碰撞时力锤锤头和摆动质量块的轴心处于同一水平线上；图2摆锤冲击法连接示意图C.将力锤沿摆臂圆周轻轻拉起一定高度后释放使力锤锤头敲打在摆动质量块上，观察冲击力力值的大小是否接近力锤满量程的1/10,如果差距较大，可通过加大高度或更换摆动质量块来调节，直至冲击力值接近力锤满量程的1/10为止；d.将力锤抬高到上述高度，自由释放力锤，动态信号采集分析系统同时测量摆动质量块的峰值加速度及力锤输出的峰值电压；e.按式（1）计算灵敏度S-Sr=J（1）Ma式中：Sl力锤灵敏度，mV/N或pC/N；V力锤输出电压或电荷，mV或pC；M摆动质量块和冲击加速度标准套组总质量，kg；a标准冲击加速度，ms2of.根据力锤的满量程，从低到高均匀选择710个校准点量程，改变力锤高度或增加初始推力，重复ce步骤，在选定的校准点附近，分别测量摆动质量块的峰值加速度及力锤输出的峰值电压根据公式（1）计算出各校准点的力锤灵敏度；g.用最小二乘法计算灵敏度幅值线性度。由各校准点测出的力值尸。'=M）和灵敏度S,求出回归直线：S=Sq+K×F（2）式中:斜率：K=WH席Zi=I叫TZi=IPl截距：So=S-KXR力值平均值：户=生也 n灵敏度平均值：S = 5kfin用下列公式求出每个校准点偏离回归直线的程度:Y=詈X100%隔取其最大值为力锤的灵敏度幅值线性度。6.2.2.2落锤冲击法a.选用合适的质量块，将冲击加速度标准套组刚性安装在质量块的上面中央，用电子天平称出摆动质量块和冲击加速度标准套组的总质量M（当采用激光干涉仪时,激光测量点应对准质量块的撞击面背面的中心位置，并用电子天平称出质量块的质量M）；b.按图3所示安装和连接测量标准设备和被校力锤；图3落锤冲击法连接示意图c.提升装置将质量块提升至合适高度后释放，使质量块自由下落，保持垂直击打在被检力锤锤头轴心上，测试力值大小，看力值是否接近力锤量程范围的l10o如果力值偏差较大，调整提升高度或更换合适的质量块，直至冲击力值接近力锤量程范围的1/10值为止；d.动态信号采集分析系统同时测量质量块的峰值加速度及力锤输出的峰值电压；e.按公式（1）计算灵敏度不。f.根据力锤的满量程，从低到高均匀选择710个校准点量程，改变校准装置的提升高度或更换合适的质量块，重复ce步骤，在选定的校准点附近，分别记录测试的峰值力值Q和峰值加速度a,根据公式（1）分别计算出各校准点的力锤灵敏度；g.按公式（2）求出回归直线，按公式（3）计算灵敏度幅值线性度。6.3灵敏度年稳定度通常用内置力传感器灵敏度的年稳定度来评价力锤的稳定度；采用上一年6.2测出的力锤灵敏度Si和本年度测试的力锤灵敏度按照公式（4）计算力锤的年稳定度：3s=WiX100%（4）灵敏度年稳定度，%;式中：sS2当年的力锤灵敏度，mV/N或pC/N；Sl上一年的力锤灵敏度，mV/N或pC/N；7校准结果表达校准结果应在校准证书上反应。校准证书应至少包括以下内容：a）标题，如“校准证书”；b）实验室名称和地址；C）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书的唯一性标识（如证书编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；D被校对象的描述和明确标识（如型号、产品编号等）；g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校准对象的接收日期；h）如果与校准结果的有效性应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称和代号；j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k）校准环境的描述；1）校准结果及测量不确定度的说明；m）对校准规范的偏离的说明；n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；0）校准结果仅对被校对象有效的声明；P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。出具校准证书应包括的信息及推荐校准证书内页格式见附录B。8复校时间间隔力锤复校时间间隔一般不超过12个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。附录A力锤（冲击法）灵敏度的测量不确定度评定示例A.1概述以摆锤冲击法校准力锤的输出电压值与标准加速度和摆动质量块计算的力值得到的灵敏度不确定度为例，说明灵敏度的不确定度评定过程。A.2测量方法用电子天平称出摆动质量块和冲击加速度标准套组的总质量M,然后把力锤和相关标准设备安装完毕。通过动态数据采集分析系统同时记录力锤输出电压值mV和标准加速度值ms2oA.3测量模型测量模型为：(A.1)C-VfM*式中：Sf力锤灵敏度，mV/N；V力锤输出电压或电荷，mV；M标准质量块和冲击加速度标准套组总质量，kg；a冲击加速度标准套组测量的加速度，ms2oA.4输入量的不确定度温度影响对测量结果影响非常小，可忽略不计，其它测量不确定度的主要来源如下。A.4.1重复性引入的相对标准不确定度分量加；（町田2 9采用A类评定方法，在重复性条件下，将冲击加速度调到IOoOm/s；用上述方法计算出IH-20型号的力锤灵敏度，连续读取并记录10次测量结果，用贝塞尔公式A.2计算标准偏差s,测量结果见表A.1。(A.2)式中:ni第i次测量的测得值，mV/N;JJFxxxxxxxx亢10次测量所得一组测得值的算术平均值，mV/N。表A.1重复性测量结果一览表测量序号灵敏度值mV/N平均值mV/N标准偏差s10.240.240.765%20.2530.2440.2350.2560.2470.2580.2490.24100.2510次灵敏度值的算术平均值作为测量结果，重复性引入的标准不确定度分量为：Ui=0.213%A.4.2冲击加速度标准套组灵敏度引入的相对标准不确定度分量2；采用B类评定方法，假定灵敏度幅值不确定度不超过"0=2),取=2%,则因灵敏度校准校准引入的相对标准不确定度分量/为：Ur2%“2=q'=?=1.000%乙LA.4.3横向、摇摆引入的相对标准不确定度分量；采用B类评定方法，冲击加速度标准套组横向灵敏度5;力锤横向灵敏度比为52；和摆动质量块横向摆动时的横向偏移S3；由于分布模式是特殊分布，取5=2%,52=4%,S3=5%,则引入的相对标准不确定度分量U3为:
