位移测量仪校准
1 范围
本文件规定通用位移测量仪的校准条件、校准项目、校准方法、数据处理、结果表达及校准周期，适用于接触式（电感式、LVDT式、光栅式、百分表式等）及非接触式（激光式、电涡流式、电容式等）通用位移测量仪的出厂校准、使用中校准及后续性能验证参照执行。专用于超高温、核辐射、强腐蚀等特殊环境的定制化位移测量仪可参照执行，特殊指标要求按其技术文件执行。
2 规范性引用文件
JJF 1059.1 测量不确定度评定与表示
GB/T 13962 电感式位移传感器
GB/T 26803 激光位移传感器
JJG 34 指示类量具检定规程（百分表、千分表等）
JJG 739 激光干涉仪检定规程
GB/T 18459 传感器主要静态性能指标计算方法
3 术语和定义
3.1 位移测量仪
通过机械、电磁、光学等原理将被测物体的线性位移量转换为可读取电信号或数字量的设备，由传感器、信号处理单元、显示/输出模块组成。
3.2 示值误差
被校设备测量值与标准装置给定值的代数差，分为正行程示值误差和反行程示值误差。
3.3 回程误差（滞后误差）
相同测量条件下，同一校准点反行程示值与正行程示值的绝对差值。
3.4 分辨力
位移测量仪能有效检测到的最小位移变化量。
3.5 线性度
校准曲线与拟合直线之间的最大偏差的绝对值，以满量程输出的百分比表示。
3.6 测量重复性
相同测量条件下，对同一校准点连续多次测量所得结果的离散程度，以相对标准偏差表示。
4 概述
位移测量仪按传感原理分为两类：接触式通过物理接触被测面，利用铁芯位移改变互感（LVDT）、莫尔条纹计数（光栅）、机械齿轮传动（百分表）等原理输出位移量；非接触式通过发射激光、电磁波或电场，利用相位差、飞行时间、阻抗变化等原理计算传感器与被测面之间的距离。设备输出形式包括数字显示、模拟量（4mA~20mA、0V~5V等）及数字通讯（RS485、CAN等）。
5 校准条件
5.1 环境条件
校准环境温度控制在10℃~30℃，高精度校准（误差要求≤0.1%FS）时温度应控制在20±1℃，相对湿度不大于75%，大气压强86kPa~106kPa。校准区域无强振动、无强电磁干扰、无腐蚀性气体，非接触式校准区域无杂散光、无悬浮颗粒物遮挡光路。被校设备及标准装置在校准环境中静置时间不少于2h，确保温度平衡。
5.2 标准装置及设备
校准用标准装置及主要设备如下：
| 标准设备 | 适用范围 | 精度要求 |
|---|---|---|
| 三等及以上标准量块 | 接触式位移仪校准 | 扩展不确定度不大于被校设备最大允许误差的1/3 |
| 激光干涉仪 | 非接触式/高精度接触式位移仪校准 | 测长不确定度≤(0.5μm+1×10⁻⁶L)，k=2 |
| 千分表检定仪 | 百分表式、低成本接触式位移仪校准 | 示值误差≤±1μm |
| 数显测高仪 | 中量程位移仪校准 | 示值误差≤±(2μm+2×10⁻⁵L) |
| 标准信号源 | 模拟量输出型位移仪校准 | 输出精度≤±0.05%FS |
| 数据采集系统 | 模拟量/数字量信号采集 | 采样频率≥1kHz，分辨率不低于16位 |
注：L为标准量块长度或被测位移值，单位为mm。
6 校准项目
包括外观与功能检查、零位误差校准、示值误差校准、回程误差校准、分辨力核查、线性度校准、重复性校准。
7 校准方法
7.1 外观与功能检查
检查设备外壳无变形、无锈蚀，标识清晰完整，传感器探头无划痕、无污渍，电缆及接口连接牢固。通电后设备自检正常，显示无乱码、无缺划，功能按键、菜单操作响应正常，模拟量输出端子无短路、断路。接触式设备测头伸缩顺畅，无卡滞；非接触式设备光源发光正常，光斑无畸变。
7.2 零位误差校准
设备开机预热30min后，将传感器置于机械零位（接触式）或对准参考基准面（非接触式），连续采集10组零位数据，零位示值的最大值与最小值之差应符合设备技术文件要求。超出限值时，先清洁传感器接触面或光路，仍不合格则判定为零位漂移超差。
7.3 示值误差校准
选取被校量程的0%、20%、40%、60%、80%、100%六个校准点，必要时增补用户常用工作点。按以下步骤操作：
正行程测量：从0%点开始，逐点移动标准装置至目标位置，待设备示值稳定后记录标准值与被校设备示值，每个点测量3次取平均值；
反行程测量：从100%点开始，逐点退回至0%点，同样记录各点3次测量的平均值；
接触式设备测量时需施加技术文件规定的测力，避免划伤标准量块或产生弹性形变；非接触式设备需确保光轴与被测面垂直，被测面粗糙度符合技术文件要求。
7.4 回程误差校准
取各校准点反行程示值与正行程示值的差值，其中绝对值最大的差值即为该设备的回程误差，结果保留至小数点后3位。
7.5 分辨力核查
缓慢移动标准装置，观察被校设备示值，当示值刚好发生一个最小显示单位的变化时，停止移动，记录此时标准装置的位移变化量，该值即为实测分辨力，与设备标称分辨力比对。
7.6 线性度校准
以各校准点的标准值为自变量、被校设备示值的平均值为因变量，按最小二乘法拟合直线方程y=kx+b，计算各校准点示值与拟合直线上对应点的偏差，取最大偏差的绝对值除以满量程，得到线性度指标，以百分比表示。
7.7 重复性校准
选取50%量程对应的校准点，在相同条件下连续测量6次，记录每次的测量值，按第8章公式计算相对标准偏差，作为重复性指标。
8 数据处理
8.1 示值误差计算
单点示值误差按公式(1)计算：
Δᵢ = P̄ᵢ - Pₛᵢ
式中：
Δᵢ —— 第i个校准点的示值误差，mm；
P̄ᵢ —— 第i个校准点3次测量值的平均值，mm；
Pₛᵢ —— 第i个校准点的标准位移值，mm。
8.2 回程误差计算
回程误差按公式(2)计算：
Hᵢ = |P̄ᵢ反 - P̄ᵢ正|
H = max(H₁, H₂,…,Hₙ)
式中：
Hᵢ —— 第i个校准点的回程误差，mm；
P̄ᵢ反 —— 第i个校准点反行程3次测量平均值，mm；
P̄ᵢ正 —— 第i个校准点正行程3次测量平均值，mm；
H —— 设备回程误差，mm。
8.3 重复性计算
重复性按公式(3)计算：
sᵣ = (1/x̄) × √[Σ(xⱼ - x̄)²/(n-1)] × 100%
式中：
sᵣ —— 测量重复性，%；
xⱼ —— 第j次重复性测量值，mm；
x̄ —— 6次重复性测量值的平均值，mm；
n —— 重复测量次数，n=6。
8.4 线性度计算
线性度按公式(4)计算：
γ = (|Δₘₐₓ| / FS) × 100%
式中：
γ —— 线性度，%；
|Δₘₐₓ| —— 各校准点与拟合直线偏差的绝对值最大值，mm；
FS —— 设备满量程，mm。
8.5 结果修约
所有计算结果修约至设备标称精度的下一位，最终报告中按标称精度位数呈现。
8.6 不确定度评定
依据JJF 1059.1要求，不确定度来源主要包括：标准装置引入的不确定度、测量重复性引入的不确定度、温度波动引起的热膨胀不确定度、接触式测力变化引入的不确定度、非接触式光路对准引入的不确定度。合成标准不确定度及扩展不确定度（k=2）应在校准证书中给出。
9 校准结果表达
校准完成后出具校准证书，内容包含：设备型号、出厂编号、生产企业、量程、标称精度；校准环境条件（温度、湿度）；标准装置名称、编号、溯源有效期；各校准项目的实测结果；测量不确定度；校准日期、建议复校日期、校准机构资质标识。
校准不合格的仪器发给校准结果通知书，明确标注不合格项目及实测数据，不得投入正式测量使用。
10 校准周期
通用位移测量仪的校准周期不超过12个月。用于精密制造在线检测、计量实验室比对等高精度场景的设备，校准周期不超过6个月。设备若长期处于高粉尘、高振动、大温差环境，或累计工作时长超过4000h，应提前校准。连续两次校准结果均优于最大允许误差的1/3时，可适当延长校准周期，最长不超过24个月。
11 注意事项
校准前需彻底清洁接触式传感器测头及标准量块工作面，非接触式传感器光学窗口需用无水乙醇擦拭，严禁用手直接触碰。
校准过程中禁止触碰传感器、标准装置及安装支架，避免引入人为振动。
接触式设备校准后需在测头涂抹防锈油，非接触式设备校准后需盖好镜头盖，存放于干燥防尘环境中。
模拟量输出型设备需同时核查模拟量输出与数字显示的对应一致性，偏差应不超过标称精度的1/2。
长期停用后的设备需通电预热不少于30min，待电路温度稳定后再开展校准。
