液压叠加式力标准机力值重复性、示值误差和长期稳定性观测与思考

植宇辉 莫先怡 钟泽光

（广西计量检测研究院，广西 南宁 530022）

液压叠加式力标准机力值重复性、示值误差和长期稳定性观测与思考

植宇辉 莫先怡 钟泽光

（广西计量检测研究院，广西 南宁 530022）

文章以500kN液压方式叠加机作为验证机和研究平台，根据其力值重复性、示值误差和长期稳定性指标优于0.0086%（突破规程0.03级的极限，挑战现有理论模式）的检测数据，评估其不确定度，指出现检定规程存在的问题，坚持以0.01%精度为深入研究的切入点，寻找减小不确定度分量的方法，提出完善高精度叠加机计量传递链的部分改进思路。

叠加式力标准机；力值重复性；示值误差；长期稳定性；观测;思考

叠加式力标准机分为机械式和液压式两种，其中液压式占的市场份额较大。叠加式力标准机（以下简称叠加机）准确度的影响因素很多，例如叠加机各零部件材料性能和结构因素、测力仪的准确度、控制系统的稳定性、环境影响因素、量传影响因素、反力架结构的稳定性、实际受力轴线与理论受力轴线的重合度等等。

1 叠加式力标准机部分技术指标概述

依据JJG734-2001《力标准机》的规定，考核叠加机的主要技术指标为力值重复性、示值误差、灵敏限（又称鉴别力）、负荷波动性和长期稳定性等。在此就力值重复性、示值误差和长期稳定性的技术指标做长期跟踪观测。

（1）叠加机的力值重复性是指在叠加机中，在实际相同的测量条件下（如用同一方法，同一观测者，用同一台测力仪，在短时间间隔内），对所产生的力值进行连续多次测量时，其测量结果间的一致程度（要求所用测力仪的重复性应优于叠加机的力值重复性）。

（2）长期稳定性是指在相同条件下测力仪在一定时间内，变形示值保持不变的程度。长期稳定性需要在正常工作和不被人为干扰或调整的情况下长时间进行观察。

2 液压叠加式力标准机的验证机实际检测数据的长期观测情况

（1）广西计量检测研究院与浙江绍兴肯特公司联合研制一台，奋斗目标为示值误差±0.015%，采用先进的数字双伺服油源控制系统和C3H3型参考测力传感器。

该验证机每年由上级技术机构进行检测。以这个验证机为研究试验平台，在正常使用前提下，得到一个连续约三年未加任何人为干扰和调整的考核过程，除了第一周期年（可以称为老化周期年）长期稳定性为0.016%外，后两个周期年的力值重复性、示值误差、年稳定度均优于0.0086%（见表一和表二），超过JJG734-2001《力标准机》规程0.03级的极限，也超过一年检定周期的长期稳定度，是一个巨大进步，表明其参考传感器和数字控制仪表比较理想，是个较理想的研究平台，可以做进一步的精细研究。

（2）该验证机连续两个周期年的力值重复性、示值误差、年稳定度均优于0.0086%的事实，与传统的认识有较大反差，传统的观点认为由于各种因素影响，叠加机是不稳定的，无法突破JJG734-2001《力标准机》规定的0.03级，即便有突破也是短暂巧合，存在不少质疑。

现代叠加机和高精度传感器技术的客观发展很迅猛，超乎人们的想象，传统的一些理论模式受到挑战，各种科研实践活动将不断丰富和完善相关理论，因此即使0.01级的叠加机准确度是偶然巧合，也存在一定的必然性。下一步要做的清楚。

（3）本叠加机验证机历年上级技术机构检测数据的力值就是继续通过更深入的研究分析，发现问题和采取措施，把必然性的内在规律搞

重复性和示值误差技术指标见表1和表2。

表1 重复性

表2 示值误差

3 叠加机不确定度影响因素及评估

叠加机的力值不确定度是指在叠加机中，由于各种可能的物理因素，结构及安装等因素影响，导致其产生的力值不能肯定的程度。

叠加机间接法不确定度主要影响因素是标准测力仪的力值测量不确定度、长期稳定度和温度影响。

根据相关的力值不确定度评定导则和检定规程要求，一般液压式叠加机力值不确定度影响因素有标准传感器重复性、标准传感器旋转效应、数字仪表分辨力、标准传感器零点恢复、标准传感器长期稳定性和标准传感器的温度影响。其合成不确定度如下：验证机扩展不确定度

尽管影响因素多，叠加机扩展不确定度仍然优于0.0093%。因此上级技术机构的检测数据是可靠的。

4 思考与分析

（1）在计量传递链中，叠加机的上级传递链是基准和标准测力仪，本级链环是叠加机本身，为了确保量传可靠，它们各自应该注意什么？有什么需要完善的？要坚持以0.01级准确度为深入研究的切入点，让问题充分显露出来，相应对策容易制定。

（2）本叠加机验证机的状态是不是最佳状态？如果是，那么使用过程的变化会不会导致状态变坏和示值超差，从而应验叠加机不稳定的判断；如果不是，那么不好的状态都能达到0.01%，最佳状态更能证明0.01级不是难题。影响因素错综复杂，要一一剖析，需要许多数据分析验证，工作量大，时间必然要长。

（3）力值重复性的游移幅度在0.006%左右，验证机力值重复性最大接近0.01%，虽然符合JJG734-2001《力标准机》的规定，还是显得有些大，没有给长期稳定度留出冗余度，对叠加机综合准确度的稳定提高是一大障碍，需要找出原因减小这个指标值。

（4）重复性普遍偏大在第1测点上，这与标准测力仪数字表的分度数有某些关联，DK38数字表是六位，显示位数不足，虽然DMP40数字表是7位，但检测时却被按6位设置，容易造成在第1检测点的显示位数不足，导致计算的重复性与实际的可能有较大偏差，影响对产生原因的正确分析。

（5）参照JJG734-2001《力标准机》检定规程检定0.01级力标准机的规定，要求上级技术机构在来检测验证机之前，先将其力值重复性和长期稳定性符合0.005%的标准测力仪在基准机上检定，之后才能来检定验证机，然后再将其标准测力仪带回基准机上检定，用前后两次的标准测力仪综合值的平均数来给验证机赋值，理论上是很严谨的，但这样做成本很大，在距离和时间上也与现实情况有较大冲突，实际上都没有做到，这对叠加机长期稳定性的冗余度影响较大，是规程的缺陷之一，应想办法改进。

（6）除参考传感器的温度影响和工作台水平度是可调控的外，其他技术指标参考传感器天生带来的，只能用高准确度的仪器使它们充分表现出来，不能改变。需要在可控因素寻找减小不确定度分量的方法。

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Observations and reflections of hydraulic force standard machine force repeatability, showing error and long-term stability

Taking 500kN hydraulic superimposed machine as demonstrator and research platform.Repeatability according to their ability, showing error and long-term stability indicators than 0.0086%(Breakthrough procedure .03 limit, to challenge existing theoretical models) test data to evaluate the uncertainty, referring to the problems appear verification procedures, adhere to the accuracy of 0.01% of the starting point for further research, looking to reduce the uncertainty of component method is proposed to improve part-precision metering machine overlay transport chain improvement ideas.

Force standard machine; force repeatability; indication error; long-term stability; observing;thinking

TH71

A

1008-1151(2015)01-0073-02

2014-12-15

植宇辉，广西计量检测研究院高级工程师。