JJF(浙) 1233-2026 水轮发电机空气间隙传感器校准规范

　　浙 江 省 地 方 计 量 技 术 规 范

　　JJF(浙) 1233—2026

　　水轮发电机空气间隙传感器校准规范

　　Calibration Specification for Hydroelectric Generator Air Gap Sensors

　　2026 –03 – 11 发布 2026 –06 – 11 实施

　　浙 江 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布

　　水轮发电机空气间隙传感器校准规范

　　Calibration Specification for

　　Hydroelectric Generator Air Gap

　　Sensors

　　归 口 单 位：浙江省市场监督管理局

　　主要起草单位：浙江省质量科学研究院

　　参加起草单位：浙江华科同安监控技术有限公司

　　浙江省机电产品质量检测所有限公司

　　杭州友邦文化科技有限公司

　　本规范委托浙江省质量科学研究院负责解释

　　本规程主要起草人：

　　叶怀储(浙江省质量科学研究院)

　　张 晓(浙江省质量科学研究院)

　　周 滢(浙江省质量科学研究院)

　　参加起草人：

　　朱玉良(浙江华科同安监控技术有限公司)

　　郑松远(浙江华科同安监控技术有限公司)

　　来树远(浙江省机电产品质量检测所有限公司)朱 莎(杭州友邦文化科技有限公司)

　　引 言

　　JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001-2011《通用计量术语及定义》和 JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。

　　本规范为首次发布。

　　水轮发电机空气间隙传感器校准规范

　　1 范围

　　本规范适用于水轮发电机空气间隙传感器的静态校准。泵站电机空气间隙传感器的校准可参照执行。

　　2 引用文件

　　本规范引用了下列文件：

　　JJF 1305-2011 《线位移传感器校准规范》

　　GB/T 18459-2001 传感器主要静态性能指标计算方法

　　GB/T 28570-2025 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则

　　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 术语和计量单位

　　3.1 空气间隙 air gap

　　发电机转子磁极外缘与定子铁心内缘之间的最小径向距离。

　　注：GB/T 28570-2025 3.6

　　3.2 电容式位移传感器 capacitive displacement transducer

　　基于电容测距原理的位移传感器，其输出量与传感器和被测量面之间的距离成正比。

　　注：GB/T 28570-2025 3.22

　　3.3 非线性度 nonlinearity

　　传感器正、反行程实际平均特性曲线相对于参比直线的最大偏差与满量程输出的百分比。注：本规范参比直线采用最小二乘直线或最佳直线。

　　4 概述

　　水轮发电机空气间隙传感器(以下简称传感器)基于电容测距原理，用于测量水轮发电机组定子与转子之间的空气间隙。

　　传感器典型结构图如图 1 所示。

　　图 1-传感器典型结构图

　　1 、平板电容传感器;2 、信号处理前置器;3 、信号延伸电缆;

　　4 、传感器同轴电缆接口;5 、检测系统接口;6 、接地线接口

　　5 计量特性

　　传感器主要的计量特性有：非线性度、重复性。

　　计量特性如表 1 所示。

　　表 1 计量特性

　　注： 由于校准工作只给出测量结果，不判断合格与否，上述计量特性仅供参考。

　　6 校准条件

　　6.1 环境条件

　　6.1.1 实验室温度、相对湿度和平衡温度时间的要求见表 2。

　　表 2 环境条件

　　6.1.2 电源电压的波动不应超过额定值的±10%，实验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 测量标准及其它设备

　　测量标准及其它设备见表 3，允许使用满足不确定度要求的其他测量标准及其他设备进

　　行校准。

　　表 3 测量标准及其它设备

　　7 校准项目和校准方法

　　检查被校准的传感器，按说明书进行连线，确保没有影响计量特性的因素后再进行校准。测量装置示意图如图 2 所示。

　　图 2 测量装置示意图

　　1 、垂直移动机构;2 、被测平面;3 、电源;4 、信号延伸电缆;5 、信号处理前置器;6 、底座支架;7 、平板电容传感器;

　　8 、接地线;9 、万用表;10 、标准信号电缆

　　7.1 非线性度

　　将传感器探头固定在测长装置的基准板中心位置上，确保被测面完全覆盖传感器探头。在传感器输出范围内均匀分布 11 个校准点(包括上、下限)，按顺序分别读出装置标准器给出的位移值Li 和各校准点上的输出值yi 。以正、反两个行程为一个测量循环，共测量三个循环，根据三个循环的测量结果，采用最小二乘法计算参比直线方程，见式(1)。

　　Yi=Y0+KLi (1)

　　斜率K及截距Y0 的计算公式如下：

　　式中：

　　Yi——被校准传感器在第 i 个校准点处输出的拟合输出值;

　　Y0 ——参比直线的截距;

　　K——参比直线的斜率;

　　yij——被校准传感器在第j 次行程中第 i 个校准点的输出值;

　　——被校准传感器各校准点输出值的平均;

　　Lij——被校准传感器在第j 次行程中第 i 个校准点的输入值;

　　L——被校准传感器各校准点输入位移值得平均;

　　i——第 i 个校准点，i=1 ，2 ， ，10 ，11;

　　j——第j 个测量行程次序数，j=1 ，2 ， ，5 ，6。

　　按参比直线方程式(1)求出传感器在第 i 个校准点处得拟合输出值Yi 后，由式(4)计算出各校准点的偏差li ，取各 i 点中绝对值最大的作为非线性度测量结果。

　　式中：

　　li——非线性度

　　i——传感器在第 i 个校准点三个循环正、反行程输出的平均值。

　　YFS——传感器满量程输出，由式(5)确定。

　　YFS=YM-YN (5)

　　式中：

　　YM——位移至上限值时三个循环正、反行程输出量的平均值;

　　YN——位移至下限值时三个循环正、反行程输出量的平均值。

　　7.2 重复性

　　传感器的重复性和非线性度同时进行校准。根据三个循环的测量数据，由正、反同向行程在第 i 个校准点三次测量输出值，求出同向行程中相互间的最大差值，按公式(6)计算重复性。

　　式中：

　　ri——重复性;

　　△i——各点同向行程中的最大差值;

　　YFS——传感器满量程输出，由式(5)确定。

　　8 校准结果表达

　　经校准的传感器出具校准证书，校准结果内页格式可参见附录 B。

　　9 复校时间间隔

　　传感器复校时间间隔，根据使用情况由用户自行确定。

　　附录 A

　　水轮发电机空气间隙传感器非线性度测量结果的不确定度评定示例

　　A.1 概述

　　取测量范围为(15-65)mm 的传感器作为被测对象，固定在传感器测长装置基准板中心位置上，按说明书对被校准的传感器进行连线，确保没有影响计量特性的因素后再进行传感器非线性度的校准。测长装置测量传感器的位移、数字多用表(最大误差为±0. 1%)读取传感器输出信号——电流值，按本规范规定的方法校准传感器的非线性度，进行测量结果的不确定度评定。

　　A.1.1 依据

　　依据《水轮发电机空气间隙传感器校准规范》,对传感器非线性度的测量不确定度进行分析和评定。

　　A.1.2 测量方法

　　采用测长装置对传感器非线性度进行测量。

　　A.2 测量模型

　　A.2.1 依据本规范进行传感器非线性度校准时，其计算式见公式(A. 1)。

　　li (A. 1)

　　当传感器的安装位置和环境条件已确定后，式(A. 1)中的校准点处输出量的拟合输出值Yi 和YFS满量程输出可当作常量来处理，该式中只有i 是变量，是传感器在第 i 个校准点三个循环正、反行程输出的平均值，只考虑影响该实际测量值的相对不确定度。

　　A.3 不确定度来源

　　影响传感器非线性度测量结果的主要因素有测量重复性、测长装置、数字多用表、环境条件、安装误差等。

　　A.3.1 传感器重复性引入的不确定度分量u1

　　根据 3 组正、反行程测量数据，计算得出传感器重复性为 0.2% ，其重复性引入的不确定度为：

　　u1=0.2%

　　A.3.2 测长装置引入的不确定度分量u2

　　传感器测长装置的最大允许误差为±5μm ，对于满量程输出而言，测长装置误差引入的不确定度分量按均匀分布处理，k= 3 ，故其引入的不确定度分量为：

　　A.3.3 数字多用表引入的不确定度分量u3

　　数字多用表用的最大允许误差按±0. 1%计算，直流电流量程档 200mA，按均匀分布处理，其引入的不确定度分量为：

　　A.3.4 环境温度变化对传感器测长装置的影响引入的不确定度分量u4

　　根据规程提到的环境温度要求(20±2)℃ , 假设测长装置标准器的材质为钢性，其膨胀系数约为 10×10-6℃- 1，在传感器满量程范围内，按均匀分布处理，其引入的不确定度分量为：

　　A.3.5 传感器安装误差引入的不确定度分量

　　传感器的安装误差主要是阿贝误差。实际安装时，合理布局传感器和测长装置的测量位置，对实际测量结果的影响量非常小，安装误差引入的不确定度分量可以忽略不计。

　　A.4 合成标准不确定度

　　不考虑相关因素，以上 4 个不确定度分量按下式合成。

　　A.5 扩展不确定度

　　取 k=2 ，扩展不确定度为：U=kuc=0.4%

　　附录 B

　　水轮发电机空气间隙传感器校准原始记录格式

　　水轮发电机空气间隙传感器校准证书(内页)格式

　　本次水轮发电机空气间隙传感器非线性度校准结果的扩展不确定度 U(k=2)。