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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置。力標(biāo)準(zhǔn)機標(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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機標(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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果分別與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機標(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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果分別與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置、杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機標(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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果與疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量結(jié)果和杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機標(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)機標(biāo)準(zhǔn)裝置的研發(fā)水平得到進(jìn)一步提高。