动压气浮轴系刚度测量仪校准规范.docx
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动压气浮轴系刚度测量仪校准规范
黑龙江省地方计量技术规范
JJF（黑）01—2014
动压气浮轴系刚度测量仪
校准规范
Calibrationspecificationforstiffness-measuringinstrumentofair-floateddynamicpressurebearing
2014-08-12发布2014-09-01实施
黑龙江省质量技术监督局发布
动压气浮轴系刚度测量仪
JJF（黑）01—2014
Stiffness-measuringinstrumentofair-
floateddynamicpressurebearing
本规范经黑龙江省质量技术监督局于2014年08月11日批准，并自2014年09月01日起施行。
归口单位：
黑龙江省质量技术监督局
主要起草单位：
哈尔滨工业大学、
黑龙江省计量检定测试院
本规范由黑龙江省质量技术监督局负责解释
本规范主要起草人：
谭久彬（哈尔滨工业大学）
黄向东（哈尔滨工业大学）
张海波（黑龙江省计量检定测试院）
本规范参加起草人：
王重阳（哈尔滨工业大学）
王成宇（哈尔滨工业大学）
目次
引言.................................................................................................................................................II
1范围.............................................................................................................................................1
2引用文件.....................................................................................................................................1
3术语和定义.................................................................................................................................1
3.1动压气浮轴系.........................................................................................................................1
3.2零间隙定位误差.....................................................................................................................1
4概述.............................................................................................................................................1
5计量特性.....................................................................................................................................2
6校准条件.....................................................................................................................................2
6.1环境条件.................................................................................................................................3
6.2校准项目及测量设备.............................................................................................................3
7校准项目和校准方法.................................................................................................................3
7.1校准项目.................................................................................................................................3
7.2校准方法.................................................................................................................................3
8校准结果的表达........................................................................................................................4
9复校时间间隔.............................................................................................................................4
附录A动压气浮轴系刚度测量仪间隙示值误差测量结果不确定度评定................................5
附录B校准证书内容.....................................................................................................................8
附录C校准证书内页格式..........................................................................................................9
引言
本规范经查询目前未见到“动压气浮轴系刚度测量仪”的国际建议、国际标准或国内校准。
本规范的主要性能指标参考了黑龙江省地方标准DB23/T1546-2014《动压气浮轴系刚度测量仪技术要求》。
本规范为首次制定文件。
动压气浮轴系刚度测量仪校准规范
1范围
本规范适用于气膜间隙范围为不大于200μm的两点式动压气浮轴系刚度测量仪的校准。
2引用文件
本规范引用下列文献
JJG644-2003振动位移传感器检定规程
JJF1001-2011通用计量术语及定义
JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示
JJF1310-2011电子塞规校准规范
JJF1094-2002测量仪器特性评定
GB/T7665-2005传感器通用术语
GB/T18459-2001传感器主要静态性能指标的计算方法
DB23/T1546-2014动压气浮轴系刚度测量仪技术要求
凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
3术语和定义
3.1动压气浮轴系air-floateddynamicpressurebearing
是指轴系高速旋转并稳定工作时，由轴、转子和气膜构成的轴系称为动压气浮轴系。
轴系在高速稳定工作时，轴与转子间的气膜产生一定刚度，由流体压力和阻尼特性将轴系维持在一定的转动精度内，利用气膜产生对转子的支承和润滑作用。
3.2零间隙定位误差positioningerroratzeroclearance
是指仪器测量中，被测件和传感器被固定在旋转机械台上，在旋转180°前后，被测件的安装位置会发生机械位置变化，机械位置变化所产生的测量误差。
4概述
动压气浮轴系刚度测量仪主要应用于对动压马达的气膜刚度进行测量。
测量原理是利用非接触微位移传感器，对气膜厚度在转子的重力作用下产生的变化量进行测量，然后利用刚度计算公式完成气膜刚度的测量。
气膜刚度测量系统结构如图1所示。
测量时马达处于高速平稳工作中，首先在0°位置上对转子位置进行一次测量，记为d1（μm）；然后利用旋转驱动器4使测量机构旋转180°，再对转子位置进行一次测量，记为d2（μm）；
为被测轴系在转子重力作用下转子质心位置的变化。
此时气膜刚度可表示为：
（1）
式中：
Kr表示气膜刚度（g/μm）；
W表示转子产生的质量（g）。
（该值在实际应用中通常由厂方给出）。
图1刚度测量系统结构
1隔振平台；2气足；3机械定位机构；4旋转驱动器；
5非接触式位移传感器；6为被测轴系；7轴系夹具
5计量特性
计量特性见表1所示。
表1动压气浮轴系刚度测量仪计量特性
序号
名称
最大允许值（μm）
1
间隙测量范围
200
2
间隙示值误差
±0.12
3
间隙测量重复性
0.03
4
漂移
±0.08
5
零间隙定位误差
±0.02
（注：
校准工作不判断合格与否，上述计量特性的指标仅供参考。
）
6校准条件
6.1环境条件
6.1.1温、湿度环境条件
表2环境条件
室内温度
（℃）
室温变化（℃/h）
相对湿度（%）
被检仪器在室内平衡温度的时间（h）
20±1
0.5
≤75
≥4.0
6.1.2电源电压：
（220±10%）V，室内应避开强交变电磁场或近距离的交变磁场（如电机、电焊机等）的干扰。
6.2校准项目及测量设备
表3校准项目及测量设备
序号
校准项目
测量设备
1
间隙测量范围
1等量块（mm）
1.0,1.005,1.05,1.08,1.09,
1.10,1.11,1.12,1.18,1.2
2
间隙示值误差
3
间隙测量重复性
4
漂移
5
零间隙定位误差
标准轴
（直径40mm，表面粗糙度Ra1.6μm，质量200g）
7校准项目和校准方法
7.1校准项目
校准项目见表3。
7.2校准方法
首先检查仪器外观和各部分相互作用，确定没有影响计量特性因素后再进行校准。
7.2.1间隙测量范围
根据被校仪器测量范围选择一组量块，首先安装第一块量块，进行读数并将位移传感器读数置零；然后更换下一块量块，定位面与第一块量块定位面保持一致，记录当前测量值，即为间隙测量值。
7.2.2间隙示值测量误差
首先将一量块置于测量位置，由非接触位移传感器测得“零位”测量值l0；然后更换另一标准量块，按上述方法测得第二测量值l。
第i次测量单次示值误差ei按式
（2）计算：
（2）
式中：
li—第i次测量量块的仪器读数值；
li0—第i次测量标准量块“零位”的示值；
a—两量块的实际值之差；
i—测量次数。
按上述方法，在测量范围内选择上、中、下3个测量点；每点重复测量6次，并计算算术平均值；取3个测量点中算术平均值的最大值作为示值误差测量结果。
7.2.3间隙测量重复性
采用两个不同尺寸的量块形成标准值。
测量值记为xi（i=0,1,2,…,n），xi0为初始量块，ei=xi-xi0；在重复性或复现性条件下独立测量10次，有e1，e2,…,en，
为算术平均值。
实验标准差S（ei）：
（3）
建议对100μm间隙进行重复性测量。
7.2.4漂移
将一块量块置于测头测量范围内，保持测头与被测件不动，每隔3min读一次数，连续记录30min，以30min内示值的最大变化量作为漂移测量结果。
7.2.5零间隙定位误差
将一标准轴固定安装于测量仪上，利用非接触传感器读取第一次数S1；然后旋转台位置旋转180°，读取第二次数S2；计算S2-S1的值，该值即为零间隙时的测量值。
重复上述过程，获得10次零间隙测量值，计算算术平均值作为测量结果。
8校准结果表达
经校准的刚度测量仪，出具校准证书。
校准证书内容及内页格式见附录B、C。
9复校时间间隔
建议复校时间间隔为一年。
注：
由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，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
动压气浮轴系刚度测量仪的间隙示值误差测量结果的不确定度评定
A.1概述
依据本规范对动压气浮轴系刚度测量仪的间隙示值误差测量结果进行不确定度评定，评定过程符合JJF1130-2005《几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》中的规定。
A.2测量任务和目标不确定度
A.2.1测量任务
用规范规定的技术要求、测量原理、测量条件、测量方法和测量程序，测量动压气浮轴系刚度测量仪的间隙示值误差。
A.2.2目标不确定度
根据JJF1094-2002《测量仪器特性评定技术规范》的规定，动压气浮轴系刚度测量仪间隙示值误差的扩展不确定度与其最大允许误差的绝对值之比，应小于或等于1:
3。
由此可以得到与规范技术要求相对应的目标不确定度
μm。
A.3测量原理、方法和条件
A.3.1测量原理和方法
利用动压气浮轴系刚度测量仪和标准量块进行比对测量，按照7.2.2规范所述进行测量，测量仪获得的间隙值与量块实际长度差为示值误差ei。
即：
（A.1）
式中：
li—第i次测量标准量块的示值；
li0—第i次测量标准量块“零位”的示值；
a—两量块的实际长度之差；
i—测量次数；
li，li0的不确定度分量用ure表示，a对应的不确定度分量分别用uL、uT表示。
A.3.2方差
方差：
（A.2）
A.3.3测量条件
校准的室内温度应在20±1℃范围内，一次测量中空气温度变化不超过0.5℃/h；室内相对湿度范围不大于75%；电源电压（220±10%）V，室内应避开强交变电磁场或近距离的交变磁场（如电机、电焊机等）的干扰。
A.4标准不确定度分量的来源
见表A.1。
表A.1动压气浮轴系刚度测量仪间隙示值误差测量不确定度分量来源
序号
符号
不确定度分量名称
说明
1
ure
间隙测量重复性引入的标准不确定度分量
实际测量中被测件重复安装后引入的误差分量
2
uL
量块测量不确定度引入的标准不确定度分量
由标准量块校准证书给出
3
uT
温度引入的标准不确定度分量
量块线胀系数变化引入的误差分量
A.5标准不确定度分量的说明和计算
A.5.1测量重复性引入的不确定度分量ure
采用两个不同尺寸的量块进行测量。
测量值记为xi（i=0,1,2,…,n），x0为初始量块，ei=xi-x0；在重复性或复现性条件下独立测量10次，有e1，e2,…,en，
为算术平均值。
以S（ei）=0.03μm为例，则，重复测量6次，引入的标准不确定度分量为ure。
（A.3）
A.5.2标准间隙引入的的不确定度分量uL
采用一等量块的实际值作为长度标准值，对于L=1mm1等量块组的中心长度的不确定度为U99=0.02μm+0.2×10-6Lmm，k=2.58，则，两块量块的中心长度差引入的标准不确定度分量为
。
（A.4）
A.5.3量块偏离标准温度，两量块线膨胀系数半宽引入的标准不确定度分量
量块温度偏离标准温度为1℃时，两量块之差（间隙）为200μm为例，钢的线涨系数（11.5±1）×10-6，两量块的线涨系数半宽为2×10-6，假定服从三角分布。
（A.5）
A.5.4合成标准不确定度
以上分量彼此独立，根据公式（A.2），可得间隙示值误差的合成标准不确定度uc为：
（A.6）
A.5.5扩展不确定度
测量值接近于正态分布，取k=2，则间隙示值误差的扩展不确定度为：
U95=kuc=0.032μm（A.7）
A.5.6不确定度概算讨论
测量不确定度概算结果表明：
在评定动压气浮轴系刚度测量仪的间隙测量示值误差时，满足了测量不确定度合格判据
μm的要求，说明本规范具有合理性和可行性。
附录B
校准证书内容
1.标题：
校准证书；
2.实验室名称和地址；
3.证书或报告的唯一标识（如编号）、每页及总页数的标识；
4.送校单位的名称和地址；
5.被校对象的描述和明确标识；
6.进行校准的日期；
7.对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代码；
8.本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；
9.校准环境的描述；
10.仪器测量不确定度的说明；
11.校准证书或校准报告签发人的签名或等效标识，以及签发日期；
12.校准结果仅对被校对象有效的声明；
13.未经校准实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。
附录C
校准证书内页格式
证书编号：
校准所依据的技术文件（代号、名称）：
JJF（黑）XXXX-XXXX动压气浮轴系刚度仪校准规范
校准环境：
温度℃；相对湿度：
%；
校准地点：
本次校准所用测量标准
名称
测量范围
准确度/等级
证书编号
有效日期
校准项目与校准结果
序号
校准项目
校准结果
1
间隙测量范围
2
间隙示值误差
3
测量重复性
4
漂移
5
零间隙定位误差
间隙示值误差测量不确定度：
校准人员：
核验人员：
注：
校准证书的内容应符合JJF1071《国家计量校准规范编写规则》的要求。
由于各实验室对校准证书有自己的设计，本附录仅建议与校准内结果相关部分的内页格式。
其中的部分内容可以由于实验室的证书格式不同而在其他部分表述。
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