浅谈数显标准测力仪在检定材料试验机中的运用

刘丹

（辽阳市计量测试所，辽宁 辽阳 111000）

数显标准测力仪中主要是由传感器、配套指标装置构成。现行常见的计量设备包括传统的牛顿环式、数显标准测力仪，前者为百分表式、后者为二次仪表配传感器，其中，牛顿环式在我国已经应用了50 多年，具有量值传递稳定、精准优势。但由于该装置体积大、使用不便，所呈现的数据为百分表的行程示值，要进行二次计算，降低了检定效率。因此，测力仪逐渐取替了牛顿环式。测力仪具有小巧轻便、使用方便、性能优良、读数直观等优势，已经成为了检定材料试验机的主流设备，但在实际应用中依然要注意使用要点。

1 数显标准测力仪检定精度的影响因素

标准测力仪可以分为与应变式标准测力仪和数显标准测力仪，二者检测过程较为相似，但是应变式标准测力仪在应用中更具优势，这主要是因为数显标准测力仪在实际应用中受到了部分因素的影响。为了能够判定测力仪检定精度的影响因素，可以通过相关试验进行判定，从而掌握数显标准测利益测力仪的使用要点。

1.1 常规温度试验

在常规条件下，需要重点考虑客观环境温度对测力仪检定精度的影响。在试验当中，将温度调节到21℃，此时，对应变测力仪、数显测力仪进行材料机检定。在受力条件为50kN 时，应变式测力仪相对误差为-1.30%、数显测力仪的相对误差为0.214%。在受力条件为250kN 时，应变式测力仪相对误差为-0.018%，数显测力仪误差为-0.050。通过对比分析可知，相比应变式测力仪，数显测力仪在测量中的离散性更大一些，并且在测量上限时两种测力仪并无明显差别。

1.2 高温试验

将环境温度调整到33℃，模仿夏季的高温环境，考虑到测力仪温差特点，先不对数显测力仪进行核对，待到温度稳定之后再核对。在试验当中，高温条件在受力为50kN 时，应变式测力仪相对误差为0.729%，数显测力仪标准误差为0.169。在受力条件达到250kN 时，应变式测力仪相对误差为0.075%、数显测力仪误差标准为0.050%。通过对比可见，数显测力仪在温度变化造成的数值变化更大一些，再加上当温度会直接影响设备的性能，在温差变化较大的环境中，数显测力仪的误差更大一些，会影响到测试数据精度，所以高温条件下数显测力仪的性能较差。

1.3 加荷速度试验

在正常环境温度下，分别采用0.6kN/s 和3.6kN/s，考虑到很多试验机中没有衡加载功能，所以在实验中还要由经验丰富的人员操作。在试验当中，加荷速度为kN/s、受力达到50kN 时，应变式测力仪相对误差为-0.150%，数显测力仪误差为0.21%，在受力达到250kN 时，应变式测力仪相对误差为-0.027%，数显测力仪误差为-0.091%。在加荷速度提升到3.6kN/s 时，在受力为50kN 时，应变式测力仪相对误差为-0.378%，数显测力仪相对误差为0.238%。在受力达到250kN 时，应变式测力仪相对误差为-0.112%，数显测力仪误差为0.072%。由此可见，在0.6kN/s 加荷速度上，二者之间并无明显差异。但是在3.6kN/s 加荷速度条件时，数显测力仪变化不明显，相对变化较小，反之，应变式测力仪的测量下限变化十分明显。

1.4 试验结论

通过上述试验可知，数显测力仪在下限时离散性较大，并且会受到环境温度变化的影响，而受到加荷速度的影响较小。所以在检定材料试验机当中，必须确保实际测量过程中的量程对应，修正检定温度。应变式测力仪测量下限是离散性更小、受温度变化影响小，但受到的加荷速度影响较大，因此，要重点控制好加荷速度。

2 数显标准测力仪在检定材料试验机中的应用要点

（1）大部分正在使用的拉力、压力、万能试验机精确度设为1 级，根据《JJG 139-1999 拉力、压力和万能试验机检定规程》和《JJG 475-2008 电子式万能试验机检定规程》要求配置精准度不超过0.3 级标准测力仪，即可对材料试验机展开检定，实现量值传递。

（2）0.3 级数显测力仪中主要包括测力传感器、显示仪表构成。测力仪传感器将试验机压力按照相关函数标准转变为毫伏级电信号，之后以线缆为载体将信号传输到显示仪表当中（二次仪表）。

（3）在试验机检定中，选择数显测力仪作为标准测力仪选用时，要重点考虑传感器选用指标，主要包括使用环境（温度）、灵敏度、最小检定分度值、最大分度值、传感器类型、传感器精度等级、传感器数量与量程等。通常要将显示仪表不确定度控制在整个系统不确定度的33%以内即可。

（4）在传感器选择中，尽可能条则高精度传感器。保证二次仪表显示精准、运行稳定、灵敏度高。结合《JJG I44-2007 标准测力仪检定规程》要求选择测力仪传感器、显示仪表。配置完成后，需要按照JJF1033 标准判定其综合不确定度，评估在实际使用中的稳定性、重复性。

（5）检定不同量程试验机要使用量程更加接近的数显标准测力仪。配套使用测力传感器和显示仪表，一旦投入使用不得轻易更换。显示仪表不可随意标定更换内置参数。同时，还需要做好日常维护与保养工作，如果长期不使用也要定期通电运行。

3 数显标准测力仪在检定材料试验机中的应用方法

3.1 系统检定软件操作

（1）标准力传感器标定。先启动检定系统，之后点击菜单的“系统维护”，再点击“传感器管理”，进入传感器管理程序中。如果要新增标准力传感器，点击“增加”按键即可。新添加传感器要在标定完毕后再使用。标定前，现将传感器连接到测量显示器中的端口中，之后使用USB 转RS232 线缆将显示控制器与电脑连接，打开测量显示控制器电源，开启仪器，点击“重新标定”按键，选择出需要标定得传感器连接通道号（1-12），标定点数（1-7），并输入想要标定的力值，让标准机对待标定你那传感器施加设定的标准力，此时主窗口上会显示出内码值，点击右侧“自动录入”按钮，此时即可自动录入（当然也可以人工录入）。将内码值录入完毕后，点击“结束标定”完成。整个系统会自动的将数值由小到大排列。

（2）材料试验机检定实际应用。如果材料试验机没有进行过检定，此时要先设置测试程序，点击菜单中“测试程序”，再点击“测试程序管理”，在信息框中输入新试验机相关信息，并按“创建”添加新的信息。双击新纪录并点击“设置”按键进入次级菜单设置测试力。试验机型号不同要设置1 ～6 个量程，每个量程当中要选择不同测试力。

试验机检测中，在主界面上点击“新建测试”按键进入到选择测试程序界面，将鼠标放到想要选择测试程序上双击打开测试面，并输入试验机相关信息，让测试通道切换到传感器通道。切换菜单当中点击“传感器选择”按键，选择要测试的传感器，之后点击“开始测试”按键进入测试程序中，此时，屏幕当中会跳出一个窗口，按照操作提示即可完成检测工作。检定完毕后，点击“保存测试”即可存储到数据库当中。

3.2 测量标准不确定度分析

测量标准不确定度的影响因素有很多，包括：（1）定度、检定时立标准机不确定度；（2）测量显示控制器分辨力；（3）测力仪自身重复性；（4）测力仪长期稳定性；（5）测力仪回零误差。在定度过程中，环境温度波动不得超过±1℃，否则会对测力仪不确定度造成较大的影响，降低最终的检定精度。结合产品说明书、溯源证书数据，分析标准测力仪不确定度。

4 结语

综上所述，数显标准测力仪在材料试验机检定中的应用十分广泛，并且未来会朝向高灵敏度、抗干扰性强、数字化方向发展。这样数显标准测力仪不仅能够实现材料试验机力值检定，也可以用作力值自动化测量、系统检定软件测量，降低人为因素造成的误差、提高检定效率、保证检定精度，发挥更强的综合效益，因此，数显标准测力仪具有非常高的推广价值。