建立测力仪标准装置的方案探讨

陈勇，于江

（1.中广核研究院有限公司，广东深圳518000；2.中广核核电运营有限公司，广东深圳518000）

建立测力仪标准装置的方案探讨

陈勇1，于江2

（1.中广核研究院有限公司，广东深圳518000；2.中广核核电运营有限公司，广东深圳518000）

依据计量标准考核的要求，通过对计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，建立符合量值传递规则的测力仪计量标准装置。

万能试验机；工作测力仪；测力机

1 建立计量标准的目的

为了检定或校准国防科技工业、各有关单位应用广泛的测力仪和力传感器，保证量值准确一致，需建立测力仪标准装置，给出标准力值，用于力值检定或校准，从而保证科研、生产中相应的力值测量，合法开展拉力、压力和万能试验机、电子式万能试验机、工作测力仪和专用工作测力机检定或校准工作[1-3]。

2 计量标准的工作原理及组成

2.1 工作原理

测力仪根据力的静力效应原理工作。其结构型式不受限制，但均须有确定的力作用点、受力方向及示值指示装置。将测力仪安装成工作状态，示值指示装置调至零点（或作为零点的起始位置）。沿测力仪受力轴线逐点递增标准力值，至各检测点保持稳定后记录相应进程示值，至测量上限后逐点递减卸除标准力值，至各检定点保持稳定后记取相应回程示值。该检测过程连续进行3次，每次检测前均应将示值指示装置调至零点（或作为零点的起始位置）[4]。

2.2 计量标准组成

根据测量量程范围要求：0.1 N～2000 kN，分段配置各种规格的标准测力仪，按照目前测量范围分段配置如下：0～500 N，0～5 000 N，0～50 kN，0～200 kN，0～2 000 kN.

3 计量标准器及主要配套设备

计量标准器及配套设备的配置应当科学合理，完整齐全，并能满足开展检定或校准工作的需要。计量特性必须符合相应计量检定规程或技术规范的规定[5]。本次标准量程范围：0.1 N～2 000 kN，准确度等级为0.3级，标准配置如表1所示。

表1 计量标准器及主要配套设备

4 计量标准的主要技术指标

（1）测量范围：0.1 N～2 000 kN

（2）准确度等级：0.3级

5 环境条件

环境条件及设施应当满足开展检定或校准工作的要求，并按要求对环境条件进行有效监测和控制；按JJG139《拉力、压力和万能试验机检定规程》6.1.1要求：试验机应在温度10～35℃，湿度不大于80% RH的条件下检定[5]。因此本项目环境条件要求与实际情况如表2所示。

表2 环境条件

6 计量标准的量值溯源和传递框图

JJF1033-2008《计量标准考核规范》4.1.2计量标准的溯源性要求：为了保证计量标准的溯源性，计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定或校准方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准量值的一致性[1]。本标准通过直接比对方式溯源至国家力值副基准，同时通过直接比对方式将量值传递至下一级计量工作器具，如图1所示。

图1 计量标准的量值溯源和传递框图

7 计量标准的重复性试验

选择一稳定的拉力试验机，当以试验机度盘刻度为准，在测力仪上读数时，取1 000 kN测量点重复试验10次，读取标准测力仪读数测力仪[1]，检测结果如表3所示。

表3 测量重复性数据/kN

根据贝塞尔公式得出实验标准差根据上表，则

其中，S（pi）为实验标准差，pi是第i次测量结果，p¯是第i次测量的算术平均值，n表示测量次数。

依据JJF1033-2008《计量标准考核规范》中“关于计量标准的测量重复性考核”的说明，测量重复性应小于测量不确定度报告中重复性评定的单次测量实验标准偏差：

测力仪标准装置的测量重复性合格。

8 计量标准的稳定性试验

选择一稳定的拉力试验机，当以试验机度盘刻度为准，在测力仪上读数时，取1 000 kN测量点重复试验10次，读取标准测力仪读数测力仪[1]。

检测结果如表4所示。

表4 计量标准稳定性考核测量结果/kN

根据以上数据，有

则：

而测力仪标准装置最大允许误差为0.3%，故

所以测力仪标准装置的稳定性符合要求。

9 校准结果的测量不确定度评定

在检定或校准结果的测量不确定度中，由计量标准所引入的不确定度分量。它包括计量标准器及配套设备所引入的不确定度分量[3]。

（1）测量依据：JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机》、JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。

（2）环境条件：温度（23土1）℃，湿度50～70% RH.

（3）测量标准：标准测力仪，0.3级。

9.1 数学模型

根据JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机》，用测力仪校准试验机的示值误差时，若使用不同方法，计算公式亦不同。当以试验机度盘刻度为准，在测力仪上读数时，其示值误差计算公式为[5]：

式中：δ为试验机的示值误差；F为标准测力仪的示值；F1为试验机刻度盘的读数。

9.2 输入量的标准不确定度评定

9.2.1 由试验机示值估算的不确定度分量

取重复性最大的一校准点重复试验9次，得单次测量结果的标准差为0.20%，而实际测量结果为3次的平均值，所以：

9.2.2 由标准测力仪估算的不确定度分量

9.3 合成标准不确定度

9.4 扩展不确定度

取覆盖因子k=2，得：

10 检定或校准结果的验证

选择一稳定的拉力试验机，经自检测一组数据后，送上级法定计量检定机构测得一组数据，检定结果合格[1]，其测量值如表5.

表5 比对数值表/kN

根据JJF1033-2008附录C中C.2.2.3中式

|Y-YO|≤U=1 000×0.32%=3.2 kN

可知，所建测力仪标准装置检定/校准结果是符合要求的。

11 结束语

依据JJF1033-2008《计量标准考核规范》，对测力仪标准准改制的测量重复性指标，测量标准装置的稳定性指标和测量标准装置的不确定度的评定和验证，利用本标准装置可以依据JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》、JJG455-2000《工作测力仪检定规程》、JJF1134-2005《专用工作测力机校准规范》，对符合技术要求的1.0级及以下，测量范围（0.1 N～2 000 kN）的（非金属）拉力、压力和万能试验机、电子式万能试验机、工作测力仪和专用工作测力机开展检定和校准工作[5]。

[1]全国法制计量技术委员会.JJF1033-2008计量标准考核规范[S].北京：中国计量出版社，2008.

[2]全国法制计量技术委员会.JJF1001-1998通用计量术语及定义[S].北京：中国计量出版社，1998.

[3]全国法制计量技术委员会.JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].北京：中国计量出版社，2012.

[4]全国力值硬度计量技术委员会.JJG455-2000工作测力仪检定规程[S].北京：中国计量出版社，2008.

[5]全国力值硬度计量技术委员会.JJG139-1999拉力、压力和万能试验机检定规程[S].北京：中国计量出版社，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">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0215-03

2017-02-14

陈勇（1969-），男，四川广安人，学士，工程师，从事仪器仪表验证、管理工作；于江（1969-），男，河北枣强人，学士，工程师，从事仪器仪表验证、维修、管理工作。