力傳感器校準標準 ISO 376：提高可靠性和不確定性

發布時間：2023-09-22 點擊次數：2318

您是否知道，當您按照ISO 376要求進行校準時，傳感器會發生什么，以及校準證書上數值的具體涵義？如果是這樣，您可以在本白皮書中找到參考力測量最受歡迎標準的簡短摘要。

校準意味著什么？

校準通常被描述為被測傳感器測量結果與校準標準的比較。這意味著，在加載一定力時，了解力傳感器的輸出信號，以及在該力階躍下傳感器的不確定性。

對于力傳感器，有兩種校準方法：

校準可確保力傳感器正常工作，還可闡明單個力傳感器的特性。因此，您可以信任使用校準傳感器測量的結果。此外，校準有助于更好地計算測量不確定度，因為在大多數情況下，力傳感器校準證書上的特征比數據表比技術參數表的描述更精確。

在參考力傳感器（力傳遞標準）領域，DIN EN ISO 376是全球公認的標準。它適用于主傳感器以及許多工業應用。雖然它比工作標準或 DKD-R 3-3 校準更復雜，但它也更精確。

此處給出的總結不能替代完整的ISO 376標準，但它將幫助您了解，如果您將力傳感器發送到HBM校準實驗室進行ISO 376校準會發生什么情況。

每次ISO 376校準都需要對傳感器預加載三次，每次都會以最大校準力施加預加載。

在測試程序的下一階段中，傳感器的負載將達到最大校準力，并分八到十步增加負載。卸載后，在不變的安裝位置重復相同的步驟。換言之，稱重傳感器在校準機內保持不變，并再次重復相同的加載步驟。

完成后，拆下傳感器，旋轉120°并重新安裝在校準機中。使用最大校準力預加載后，前一階段的加載步驟再次重復施加到傳感器上，直至達到最大校準力，然后以相同的間隔卸載。請注意，減小力時使用的載荷階躍與增大力的載荷階躍相同。這與測試程序的前兩個階段不同，在這兩個階段中，傳感器從最大校準力卸載到零。

第二次拆卸傳感器后，再次將其旋轉120°，并完全預加載至最大校準力。然后，使用上述測試前一部分相同加載步驟再次加載和卸載。

再次卸載傳感器后，程序的最后一步是蠕變測量。

所有校準證書詳細顯示了每個測量行（R1–R6）的結果：

→ 旋轉 120°

→ 旋轉 120°

→ 蠕變測量

為了能夠比較不同的力傳感器并將其分配到適當的精度等級，必須確定和評估每個傳感器和每個載荷階躍的特征值。根據上述測試程序計算以下參數：

除零點誤差外，所有特性都是相對于每個單獨的負載步級計算的，這意味著相對于實際值。事實上，校準的結果永遠不會比使用的校準機更精確。因此，校準機的不確定度是需要考慮的一個重要問題。

根據 DIN EN ISO 376 校準的每個傳感器都會產生一份校準證書，該證書評估傳感器的特征值，并提供所用的校準機、包括其可追溯性和不確定性以及校準過程中的環境條件信息。在證書上，您可以找到四種不同使用情況下，力傳感器在每個負載步級的不確定度：

在計算測量不確定度時，這四種情況包括不同的特征值。例如，情況A不考慮插值誤差和可逆性，但情況D考慮。

不確定度作為“擴展不確定度”給出，這意味著它是針對覆蓋系數k=2給出的。這意味著95%的測試將在這個不確定性范圍內。

以下是情況的完整分類，考慮了哪些測量誤差。

此外，您將發現每個加載步級和每個情況的分類，其中00是最佳類別，2是最差類別。例如，傳感器滿足00級標稱力40%-100%的要求，但僅滿足0.5級標稱力10%-299999%的要求。

如果與校準一起訂購，HBM保證傳感器的精度等級。您可以在下表中找到符合ISO 376的測量范圍和精度等級。

圖4 – HBM 傳感器及其測量范圍

在HBM，根據ISO 376的精度等級與傳感器的測量范圍相關。

為了滿足對傳感器精度的更高要求，HBM top 級力傳感器比00級ISO 376要求的傳感器具有更好的技術特性。