建立測力儀標準裝置的方案探討

陳勇，于江

（1.中廣核研究院有限公司，廣東深圳518000；2.中廣核核電運營有限公司，廣東深圳518000）

建立測力儀標準裝置的方案探討

陳勇1，于江2

（1.中廣核研究院有限公司，廣東深圳518000；2.中廣核核電運營有限公司，廣東深圳518000）

依據(jù)計量標準考核的要求，通過對計量標準的工作原理，不確定度的評定及進行重復性、穩(wěn)定性指標和不確定度的驗證考核，建立符合量值傳遞規(guī)則的測力儀計量標準裝置。

萬能試驗機；工作測力儀；測力機

1 建立計量標準的目的

為了檢定或校準國防科技工業(yè)、各有關單位應用廣泛的測力儀和力傳感器，保證量值準確一致，需建立測力儀標準裝置，給出標準力值，用于力值檢定或校準，從而保證科研、生產(chǎn)中相應的力值測量，合法開展拉力、壓力和萬能試驗機、電子式萬能試驗機、工作測力儀和專用工作測力機檢定或校準工作[1-3]。

2 計量標準的工作原理及組成

2.1 工作原理

測力儀根據(jù)力的靜力效應原理工作。其結構型式不受限制，但均須有確定的力作用點、受力方向及示值指示裝置。將測力儀安裝成工作狀態(tài)，示值指示裝置調至零點（或作為零點的起始位置）。沿測力儀受力軸線逐點遞增標準力值，至各檢測點保持穩(wěn)定后記錄相應進程示值，至測量上限后逐點遞減卸除標準力值，至各檢定點保持穩(wěn)定后記取相應回程示值。該檢測過程連續(xù)進行3次，每次檢測前均應將示值指示裝置調至零點（或作為零點的起始位置）[4]。

2.2 計量標準組成

根據(jù)測量量程范圍要求：0.1 N～2000 kN，分段配置各種規(guī)格的標準測力儀，按照目前測量范圍分段配置如下：0～500 N，0～5 000 N，0～50 kN，0～200 kN，0～2 000 kN.

3 計量標準器及主要配套設備

計量標準器及配套設備的配置應當科學合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準工作的需要。計量特性必須符合相應計量檢定規(guī)程或技術規(guī)范的規(guī)定[5]。本次標準量程范圍：0.1 N～2 000 kN，準確度等級為0.3級，標準配置如表1所示。

表1 計量標準器及主要配套設備

4 計量標準的主要技術指標

（1）測量范圍：0.1 N～2 000 kN

（2）準確度等級：0.3級

5 環(huán)境條件

環(huán)境條件及設施應當滿足開展檢定或校準工作的要求，并按要求對環(huán)境條件進行有效監(jiān)測和控制；按JJG139《拉力、壓力和萬能試驗機檢定規(guī)程》6.1.1要求：試驗機應在溫度10～35℃，濕度不大于80% RH的條件下檢定[5]。因此本項目環(huán)境條件要求與實際情況如表2所示。

表2 環(huán)境條件

6 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計量標準考核規(guī)范》4.1.2計量標準的溯源性要求：為了保證計量標準的溯源性，計量標準的量值應當定期溯源至國家計量基準或社會公用計量標準；當不能采用檢定或校準方式溯源時，應當通過比對的方式，確保計量標準量值的一致性[1]。本標準通過直接比對方式溯源至國家力值副基準，同時通過直接比對方式將量值傳遞至下一級計量工作器具，如圖1所示。

圖1 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

7 計量標準的重復性試驗

選擇一穩(wěn)定的拉力試驗機，當以試驗機度盤刻度為準，在測力儀上讀數(shù)時，取1 000 kN測量點重復試驗10次，讀取標準測力儀讀數(shù)測力儀[1]，檢測結果如表3所示。

表3 測量重復性數(shù)據(jù)/kN

根據(jù)貝塞爾公式得出實驗標準差根據(jù)上表，則

其中，S（pi）為實驗標準差，pi是第i次測量結果，pˉ是第i次測量的算術平均值，n表示測量次數(shù)。

依據(jù)JJF1033-2008《計量標準考核規(guī)范》中“關于計量標準的測量重復性考核”的說明，測量重復性應小于測量不確定度報告中重復性評定的單次測量實驗標準偏差：

測力儀標準裝置的測量重復性合格。

8 計量標準的穩(wěn)定性試驗

選擇一穩(wěn)定的拉力試驗機，當以試驗機度盤刻度為準，在測力儀上讀數(shù)時，取1 000 kN測量點重復試驗10次，讀取標準測力儀讀數(shù)測力儀[1]。

檢測結果如表4所示。

表4 計量標準穩(wěn)定性考核測量結果/kN

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，有

則：

而測力儀標準裝置最大允許誤差為0.3%，故

所以測力儀標準裝置的穩(wěn)定性符合要求。

9 校準結果的測量不確定度評定

在檢定或校準結果的測量不確定度中，由計量標準所引入的不確定度分量。它包括計量標準器及配套設備所引入的不確定度分量[3]。

（1）測量依據(jù)：JJG139-1999《拉力、壓力和萬能試驗機》、JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》。

（2）環(huán)境條件：溫度（23土1）℃，濕度50～70% RH.

（3）測量標準：標準測力儀，0.3級。

9.1 數(shù)學模型

根據(jù)JJG139-1999《拉力、壓力和萬能試驗機》，用測力儀校準試驗機的示值誤差時，若使用不同方法，計算公式亦不同。當以試驗機度盤刻度為準，在測力儀上讀數(shù)時，其示值誤差計算公式為[5]：

式中：δ為試驗機的示值誤差；F為標準測力儀的示值；F1為試驗機刻度盤的讀數(shù)。

9.2 輸入量的標準不確定度評定

9.2.1 由試驗機示值估算的不確定度分量

取重復性最大的一校準點重復試驗9次，得單次測量結果的標準差為0.20%，而實際測量結果為3次的平均值，所以：

9.2.2 由標準測力儀估算的不確定度分量

9.3 合成標準不確定度

9.4 擴展不確定度

取覆蓋因子k=2，得：

10 檢定或校準結果的驗證

選擇一穩(wěn)定的拉力試驗機，經(jīng)自檢測一組數(shù)據(jù)后，送上級法定計量檢定機構測得一組數(shù)據(jù)，檢定結果合格[1]，其測量值如表5.

表5 比對數(shù)值表/kN

根據(jù)JJF1033-2008附錄C中C.2.2.3中式

|Y-YO|≤U=1 000×0.32%=3.2 kN

可知，所建測力儀標準裝置檢定/校準結果是符合要求的。

11 結束語

依據(jù)JJF1033-2008《計量標準考核規(guī)范》，對測力儀標準準改制的測量重復性指標，測量標準裝置的穩(wěn)定性指標和測量標準裝置的不確定度的評定和驗證，利用本標準裝置可以依據(jù)JJG139-1999《拉力、壓力和萬能試驗機檢定規(guī)程》、JJG455-2000《工作測力儀檢定規(guī)程》、JJF1134-2005《專用工作測力機校準規(guī)范》，對符合技術要求的1.0級及以下，測量范圍（0.1 N～2 000 kN）的（非金屬）拉力、壓力和萬能試驗機、電子式萬能試驗機、工作測力儀和專用工作測力機開展檢定和校準工作[5]。

[1]全國法制計量技術委員會.JJF1033-2008計量標準考核規(guī)范[S].北京：中國計量出版社，2008.

[2]全國法制計量技術委員會.JJF1001-1998通用計量術語及定義[S].北京：中國計量出版社，1998.

[3]全國法制計量技術委員會.JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2012.

[4]全國力值硬度計量技術委員會.JJG455-2000工作測力儀檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2008.

[5]全國力值硬度計量技術委員會.JJG139-1999拉力、壓力和萬能試驗機檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，1999.

Discussion on the Establishment of Measurement Standard Device for Dynamometer

CHEN Yong1，YU Jiang2
（1.China Nuclear Power Technology Research Institute Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China；2.China Nuclear Power Operations Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement standard device for dynamometer through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

universal testing machine；working dynamometer；dynamometer

TH871.7

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0215-03

2017-02-14

陳勇（1969-），男，四川廣安人，學士，工程師，從事儀器儀表驗證、管理工作；于江（1969-），男，河北棗強人，學士，工程師，從事儀器儀表驗證、維修、管理工作。