浅谈一种电阻应变式轧制力传感器校准方法及其测量值的不确定度评定

蔡开城

【摘 要】电阻应变式轧制力传感器是现代钢铁企业中钢材轧制机常用的力传感器，轧钢机通过轧制力传感来测量轧辊两端的力值并对轧制力进行控制，其力值的准确度直接影响到钢材的成品率。本文介绍一种校准方法及其过程中分析其不确定度分量主要来源，并对各不确定度分量、合成不确定度、扩展不确定度进行评定。

【关键词】电阻应变式；轧制力传感器；不确定度评定

中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）35-0045-002

Talking About a Calibration Method of Resistive Strain Rolling Force And Evaluation of the Uncertainty for Measuremrnta

CAI Kai-cheng

（Fujian Institute of Metrology，Fuzhou 350001，Fujian Province，China）

【Abstract】The resistance strain gauge rolling force sensor is a commonly used force sensor in the steel rolling mill in the modern iron and steel industry. The rolling mill senses the force at both ends of the roll by rolling force sensing and controls the rolling force. The force value Accuracy directly affects the yield of steel. This article describes a calibration method and its process of analysis of the main sources of uncertainty components， and the components of uncertainty， synthetic uncertainty， extended uncertainty assessment.

【Key words】Resistance strain gauge； Rolling force sensor； Evaluation of uncertainty

0 引言

在現代钢铁企业中，钢铁的生产流程一般包括采矿、烧结、炼铁、炼钢连铸、轧钢、机械加工等，从炼钢厂出来的钢坯需要经过加热炉加热后通过辊道送入轧制机轧制才能形成特定尺寸的钢板。钢材轧制机是轧制钢材的主要设备，广泛应用于各类钢铁企业，而轧制力传感器是钢材轧制机的力值测量设备。轧制力传感器具有线性好、响应速度快、抗过载能力强、滞后性好、量程大、抗偏载能力强等优点，主要用来测量钢坯在轧制过程中负载力为轧制力的控制提供数据支持，保证辊轮两端负载力的一致性，对钢材的质量起到关键性的作用，因此保证轧制力传感器的力值准确性至关重要，需要对轧制力传感器进行力值校准。

1 电阻应变式轧制力传感器的校准

在规定的校准环境下，将电阻应变式轧制力传感器安装成工作状态，将电阻应变式轧制力传感器安装于叠加式力标准机工作台中间，与组合垫块串接，使电阻应变式轧制力传感器主轴线、组合垫块与叠加式力标准机加载轴线相重合，使倾斜负荷和偏心负荷的影响减至最小，连接好传感器和直流稳压电源及数字多用表，直流稳压电源接传感器输入端，数字多用表接传感器输出端，置零，启动叠加式力标准机油泵对力传感器施加预负荷至少3次，每次额定负荷的保持时间应为30s～1min。卸除最后一次预负荷后，选择合适的检定点：检定的初级负荷一般为额定负荷的10%～20%，检定点应尽量均匀分布，一般不少于5个点（不包括零点），读取零点输出值，逐级施加递增负荷，直至额定负荷，在每一级负荷加到后，保持一定时间，读取数字多用表的示值即为传感器的输出值，达到额定负荷后，逐级施加递减载荷。在每一级负荷退回后，保持一定时间，读取数字多用表的示值即为传感器的输出值，直至退回到零载荷，这一过程连续进行3次，3次测量值的算术平均值即为所求传感器的输出值。

2 应变式轧制力传感器的测量值不确定评定

采用我院的叠加式力标准机对电阻应变式轧制力传感器进行校准后得出的测量值，对该测量值的不确定度进行分析评定：

2.1 数学模型：Y=Y

式中：Y指的是传感器的额定输出

Y指传感器在额定负荷下的输出值的平均值

2.2 标准不确定度分量u（Y）的评定

u（Y）的主要来源有以下五个方面

a）测量的重复性，可以A类方法进行评定——u1（Y）

b） 力标准机的准确度，由上级证书给出，以B类方法评定——u2（Y）

c） 直流稳压电源的稳定度，由上级证书给出，以B类方法评定——u3（Y）

d） 数字多用表的准确度，由上级证书给出，以B类方法评定——u4（Y）

（1）u1（Y）的评定：在实际测量中，选取SLC2040-13/20MN电阻应变式轧制力传感器，由直流稳压电源提供10V供桥电压，在重复性条件下进行3次测量，以3次测量值的算术平均值作为传感器的输出值，得到试验数据见表1：

则测量重复性引入的标准不确定度u1（Y）为：

u1（Y）=■

其中：极差系数C=1.69

（2）力标准机的准确度引入的u2（Y）的评定：估计均匀分布，则

u2（Y）=■

式中：α=0.05%*Y，k=■

（3）直流稳压电源的稳定度引入的u3（Y）的评定：由上级证书给出，则

u3（Y）=■

式中：α=0.005%*Y，k=2

（4）数字多用表的准确度引入的u4（Y）的评定：由上级证书给出，则

u4（Y）=■

式中：α=0.006%*Y，k=2

（6）u1（Y）、u2（Y）、u3（Y）、u4（Y）彼此独立，互不相关，则u2（Y）=u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）+u■■（Y）

2.3 合成不确定度uc（Y）的评定

灵敏系数：由数学模型Y=Y得

c1=■=1

uc（Y）=u（Y）

2.4 扩展不确定度U的评定

U=kuc（Y）（取包含因子k=2）

2.5 根据以上公式计算合成不确定度，不确定度分量表2和合成不确定度表和扩展不确定度表3：

3 结语

通过对应变式轧制力传感器进行校准实现量值溯源，保证了应变式轧制力传感器力值的准确可靠，为钢铁企业轧制合格的钢产品提供了技术保障，本文介绍我院叠加式力标准机对应变式轧制力传感器进行校准方法和不确定度评定方法。

【参考文献】

[1]国家质量监督检验检疫总局.力传感器检定规程检定规程：JJG 391-2009[S].北京：中国计量出版社，2012.

[2]国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示校准规范：JJF 1059.1-2012[S].北京：中国计量出版社，2012.

[3]罗伏隆，翁建明，陈湘.轧制力传感器的研制应用[J].衡器，2012，41（4）.endprint