寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置≤1MN力值一致性的評估

韓 劍

(山西省檢驗檢測中心(山西省標(biāo)準(zhǔn)計量技術(shù)研究院)，山西 太原 030012)

1 引 言

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置是符合國家相關(guān)計量技術(shù)法規(guī)要求的測量標(biāo)準(zhǔn)裝置，根據(jù)力產(chǎn)生的原理可分為四類：靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置。力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置將自身產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)力值，按照相關(guān)計量技術(shù)法規(guī)，作用于標(biāo)準(zhǔn)測力儀、工作測力儀、力傳感器、稱重傳感器等計量器具上，進(jìn)行力值的量值傳遞、溯源工作。

液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置是以砝碼的重力作為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，以帕斯卡原理為基礎(chǔ)，通過具有特定面積比例的一對無機(jī)械摩擦的油缸活塞所形成的油路系統(tǒng)放大后，按預(yù)定順序自動平穩(wěn)地把力值加到被檢定、校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)測力儀、工作測力儀、力傳感器、稱重傳感器等計量器具上的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置。由于制造時其油缸活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式與加工精度會嚴(yán)重影響力值的復(fù)現(xiàn)性，所以我國普遍將其作為產(chǎn)生大力值(>1MN)的計量標(biāo)準(zhǔn)裝置。而對于≤1MN力值量值的傳遞、溯源工作，一般都是使用靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置來進(jìn)行的。

隨著對大力值(>1MN)量值傳遞、溯源工作需求的不斷加大，本單位研制了一款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置，其測量范圍50kN～5MN(測量下限為滿量程的1%)，準(zhǔn)確度級別0.05級，不僅滿足了日益增長的社會需求，也兼顧了對于≤1MN力值量值傳遞、溯源工作的需要。因此，需要對這款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的≤1MN力值的一致性做出評估。

2 相關(guān)說明

本次試驗所用到的計量標(biāo)準(zhǔn)裝置見表1，本次試驗的被測對象為標(biāo)準(zhǔn)測力儀，其測量范圍為100kN～1MN。

表1 計量標(biāo)準(zhǔn)裝置

3 試驗方法的確定

本次試驗參照J(rèn)JG 144-2007《標(biāo)準(zhǔn)測力儀》計量檢定規(guī)程規(guī)定的方法，實驗室環(huán)境溫度為(20±5)℃，測量過程中室溫變化不超過1℃，濕度不大于80%RH。標(biāo)準(zhǔn)測力儀在實驗室放置至少8h，試驗前通電預(yù)熱1h。標(biāo)準(zhǔn)測力儀只進(jìn)行壓力方向進(jìn)程示值的測量。

(1)測量點的選取。因為需要對這款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置≤1MN力值的一致性做出評估，結(jié)合工作中的大多數(shù)實際情況，測量點考慮從100kN～1MN這個測量范圍中選取。本文選擇100kN、500kN、1000kN三個點進(jìn)行測量。

(2)安裝方位的選取。因為以上計量標(biāo)準(zhǔn)裝置都經(jīng)過檢定，并且合格，所以可以不用考慮方位誤差帶來的影響。這里只選擇1個方位，即0°方位(0°方位為標(biāo)準(zhǔn)測力儀接線盒正對試驗人員)。

(3)預(yù)加荷方式、次數(shù)及時間的確定。預(yù)加載3次額定負(fù)荷，每次預(yù)負(fù)荷按測量點逐級施加，每次額定負(fù)荷保持時間為30s，然后進(jìn)行逐級卸荷。每次預(yù)加額定負(fù)荷完全卸除后，等待回零30s，根據(jù)需要可重新調(diào)整零點。

(4)數(shù)據(jù)測量方式及數(shù)據(jù)采集時間的確定。按逐級加荷的方式進(jìn)行測量。力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的加、卸荷方式都會對標(biāo)準(zhǔn)測力儀的輸出信號產(chǎn)生一定影響。施加或卸載負(fù)荷后，需保持一段時間，才能得到相對穩(wěn)定的輸出信號。按照經(jīng)驗，一般需要經(jīng)過30s的時間，標(biāo)準(zhǔn)測力儀的輸出信號才能趨于穩(wěn)定。為了盡量減小影響，加載至100kN后，保持30s，記錄測量值；加載至500kN后，保持30s，記錄測量值；加載至1000kN后，保持30s，記錄測量值。然后進(jìn)行逐級卸荷，完全卸除載荷后，等待回零1min，記錄回零差(用于不確定度評定)，重新調(diào)整零位并立即加載，連續(xù)進(jìn)行此步驟10次。

4 測量結(jié)果及測量不確定度

將設(shè)備分為3組，分別編號，詳見表2。測量結(jié)果及測量不確定度如表3-表6所示。

表2 設(shè)備編號

表3 100kN測量點測量結(jié)果

表4 500kN測量點測量結(jié)果

續(xù)表4

表5 1000kN測量點測量結(jié)果

表6 測量不確定度

5 測量結(jié)果的評估

將寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果分別與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果進(jìn)行比較，若滿足式(1)、式(2)，則結(jié)果為滿意，否則，結(jié)果為不滿意(如表7、表8所示)。

(1)

(2)

表7 測量結(jié)果評估

表8 測量結(jié)果評估

將寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果與3組數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行比較，平均值計算見式(3)。若比較結(jié)果滿足式(4)，則結(jié)果為滿意；否則，結(jié)果為不滿意(如表9所示)。

(3)

(4)

表9 測量結(jié)果評估

6 測量結(jié)果的評估結(jié)論

測量結(jié)果的評估采用了兩種方式，通過數(shù)據(jù)計算、分析，可以得到以下結(jié)論：

第一種方式是將寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果分別與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果進(jìn)行比較，以判斷寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果和杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果之間的一致性。通過計算、分析，這款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置≤1MN力值的一致性滿足預(yù)期設(shè)計要求。

第二種方式是對全過程的一個客觀、全面的反映，再次驗證了這款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置≤1MN力值的一致性滿足預(yù)期設(shè)計要求。

7 結(jié)束語

本次工作初步驗證了這款寬量程液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置≤1MN力值的一致性，能夠滿足力值量值傳遞溯源的要求，表明目前我國液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的研發(fā)總體技術(shù)狀況是良好的。后期將進(jìn)一步定期按照J(rèn)JF 1033-2016《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中介紹的傳遞比較法或比對法對檢定或校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行驗證，或進(jìn)行能力驗證，或進(jìn)行更多的實驗室間比對，同時與更多實驗室加強(qiáng)技術(shù)交流和溝通，共同研究和探討，使液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)裝置的研發(fā)水平得到進(jìn)一步提高。