淺談數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀在檢定材料試驗機(jī)中的運(yùn)用

劉丹

（遼陽市計量測試所，遼寧 遼陽 111000）

數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀中主要是由傳感器、配套指標(biāo)裝置構(gòu)成。現(xiàn)行常見的計量設(shè)備包括傳統(tǒng)的牛頓環(huán)式、數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀，前者為百分表式、后者為二次儀表配傳感器，其中，牛頓環(huán)式在我國已經(jīng)應(yīng)用了50 多年，具有量值傳遞穩(wěn)定、精準(zhǔn)優(yōu)勢。但由于該裝置體積大、使用不便，所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)為百分表的行程示值，要進(jìn)行二次計算，降低了檢定效率。因此，測力儀逐漸取替了牛頓環(huán)式。測力儀具有小巧輕便、使用方便、性能優(yōu)良、讀數(shù)直觀等優(yōu)勢，已經(jīng)成為了檢定材料試驗機(jī)的主流設(shè)備，但在實際應(yīng)用中依然要注意使用要點。

1 數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀檢定精度的影響因素

標(biāo)準(zhǔn)測力儀可以分為與應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測力儀和數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀，二者檢測過程較為相似，但是應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測力儀在應(yīng)用中更具優(yōu)勢，這主要是因為數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀在實際應(yīng)用中受到了部分因素的影響。為了能夠判定測力儀檢定精度的影響因素，可以通過相關(guān)試驗進(jìn)行判定，從而掌握數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測利益測力儀的使用要點。

1.1 常規(guī)溫度試驗

在常規(guī)條件下，需要重點考慮客觀環(huán)境溫度對測力儀檢定精度的影響。在試驗當(dāng)中，將溫度調(diào)節(jié)到21℃，此時，對應(yīng)變測力儀、數(shù)顯測力儀進(jìn)行材料機(jī)檢定。在受力條件為50kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-1.30%、數(shù)顯測力儀的相對誤差為0.214%。在受力條件為250kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-0.018%，數(shù)顯測力儀誤差為-0.050。通過對比分析可知，相比應(yīng)變式測力儀，數(shù)顯測力儀在測量中的離散性更大一些，并且在測量上限時兩種測力儀并無明顯差別。

1.2 高溫試驗

將環(huán)境溫度調(diào)整到33℃，模仿夏季的高溫環(huán)境，考慮到測力儀溫差特點，先不對數(shù)顯測力儀進(jìn)行核對，待到溫度穩(wěn)定之后再核對。在試驗當(dāng)中，高溫條件在受力為50kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為0.729%，數(shù)顯測力儀標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.169。在受力條件達(dá)到250kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為0.075%、數(shù)顯測力儀誤差標(biāo)準(zhǔn)為0.050%。通過對比可見，數(shù)顯測力儀在溫度變化造成的數(shù)值變化更大一些，再加上當(dāng)溫度會直接影響設(shè)備的性能，在溫差變化較大的環(huán)境中，數(shù)顯測力儀的誤差更大一些，會影響到測試數(shù)據(jù)精度，所以高溫條件下數(shù)顯測力儀的性能較差。

1.3 加荷速度試驗

在正常環(huán)境溫度下，分別采用0.6kN/s 和3.6kN/s，考慮到很多試驗機(jī)中沒有衡加載功能，所以在實驗中還要由經(jīng)驗豐富的人員操作。在試驗當(dāng)中，加荷速度為kN/s、受力達(dá)到50kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-0.150%，數(shù)顯測力儀誤差為0.21%，在受力達(dá)到250kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-0.027%，數(shù)顯測力儀誤差為-0.091%。在加荷速度提升到3.6kN/s 時，在受力為50kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-0.378%，數(shù)顯測力儀相對誤差為0.238%。在受力達(dá)到250kN 時，應(yīng)變式測力儀相對誤差為-0.112%，數(shù)顯測力儀誤差為0.072%。由此可見，在0.6kN/s 加荷速度上，二者之間并無明顯差異。但是在3.6kN/s 加荷速度條件時，數(shù)顯測力儀變化不明顯，相對變化較小，反之，應(yīng)變式測力儀的測量下限變化十分明顯。

1.4 試驗結(jié)論

通過上述試驗可知，數(shù)顯測力儀在下限時離散性較大，并且會受到環(huán)境溫度變化的影響，而受到加荷速度的影響較小。所以在檢定材料試驗機(jī)當(dāng)中，必須確保實際測量過程中的量程對應(yīng)，修正檢定溫度。應(yīng)變式測力儀測量下限是離散性更小、受溫度變化影響小，但受到的加荷速度影響較大，因此，要重點控制好加荷速度。

2 數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀在檢定材料試驗機(jī)中的應(yīng)用要點

（1）大部分正在使用的拉力、壓力、萬能試驗機(jī)精確度設(shè)為1 級，根據(jù)《JJG 139-1999 拉力、壓力和萬能試驗機(jī)檢定規(guī)程》和《JJG 475-2008 電子式萬能試驗機(jī)檢定規(guī)程》要求配置精準(zhǔn)度不超過0.3 級標(biāo)準(zhǔn)測力儀，即可對材料試驗機(jī)展開檢定，實現(xiàn)量值傳遞。

（2）0.3 級數(shù)顯測力儀中主要包括測力傳感器、顯示儀表構(gòu)成。測力儀傳感器將試驗機(jī)壓力按照相關(guān)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹练夒娦盘枺笠跃€纜為載體將信號傳輸?shù)斤@示儀表當(dāng)中（二次儀表）。

（3）在試驗機(jī)檢定中，選擇數(shù)顯測力儀作為標(biāo)準(zhǔn)測力儀選用時，要重點考慮傳感器選用指標(biāo)，主要包括使用環(huán)境（溫度）、靈敏度、最小檢定分度值、最大分度值、傳感器類型、傳感器精度等級、傳感器數(shù)量與量程等。通常要將顯示儀表不確定度控制在整個系統(tǒng)不確定度的33%以內(nèi)即可。

（4）在傳感器選擇中，盡可能條則高精度傳感器。保證二次儀表顯示精準(zhǔn)、運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏度高。結(jié)合《JJG I44-2007 標(biāo)準(zhǔn)測力儀檢定規(guī)程》要求選擇測力儀傳感器、顯示儀表。配置完成后，需要按照J(rèn)JF1033 標(biāo)準(zhǔn)判定其綜合不確定度，評估在實際使用中的穩(wěn)定性、重復(fù)性。

（5）檢定不同量程試驗機(jī)要使用量程更加接近的數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀。配套使用測力傳感器和顯示儀表，一旦投入使用不得輕易更換。顯示儀表不可隨意標(biāo)定更換內(nèi)置參數(shù)。同時，還需要做好日常維護(hù)與保養(yǎng)工作，如果長期不使用也要定期通電運(yùn)行。

3 數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀在檢定材料試驗機(jī)中的應(yīng)用方法

3.1 系統(tǒng)檢定軟件操作

（1）標(biāo)準(zhǔn)力傳感器標(biāo)定。先啟動檢定系統(tǒng)，之后點擊菜單的“系統(tǒng)維護(hù)”，再點擊“傳感器管理”，進(jìn)入傳感器管理程序中。如果要新增標(biāo)準(zhǔn)力傳感器，點擊“增加”按鍵即可。新添加傳感器要在標(biāo)定完畢后再使用。標(biāo)定前，現(xiàn)將傳感器連接到測量顯示器中的端口中，之后使用USB 轉(zhuǎn)RS232 線纜將顯示控制器與電腦連接，打開測量顯示控制器電源，開啟儀器，點擊“重新標(biāo)定”按鍵，選擇出需要標(biāo)定得傳感器連接通道號（1-12），標(biāo)定點數(shù)（1-7），并輸入想要標(biāo)定的力值，讓標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對待標(biāo)定你那傳感器施加設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)力，此時主窗口上會顯示出內(nèi)碼值，點擊右側(cè)“自動錄入”按鈕，此時即可自動錄入（當(dāng)然也可以人工錄入）。將內(nèi)碼值錄入完畢后，點擊“結(jié)束標(biāo)定”完成。整個系統(tǒng)會自動的將數(shù)值由小到大排列。

（2）材料試驗機(jī)檢定實際應(yīng)用。如果材料試驗機(jī)沒有進(jìn)行過檢定，此時要先設(shè)置測試程序，點擊菜單中“測試程序”，再點擊“測試程序管理”，在信息框中輸入新試驗機(jī)相關(guān)信息，并按“創(chuàng)建”添加新的信息。雙擊新紀(jì)錄并點擊“設(shè)置”按鍵進(jìn)入次級菜單設(shè)置測試力。試驗機(jī)型號不同要設(shè)置1 ～6 個量程，每個量程當(dāng)中要選擇不同測試力。

試驗機(jī)檢測中，在主界面上點擊“新建測試”按鍵進(jìn)入到選擇測試程序界面，將鼠標(biāo)放到想要選擇測試程序上雙擊打開測試面，并輸入試驗機(jī)相關(guān)信息，讓測試通道切換到傳感器通道。切換菜單當(dāng)中點擊“傳感器選擇”按鍵，選擇要測試的傳感器，之后點擊“開始測試”按鍵進(jìn)入測試程序中，此時，屏幕當(dāng)中會跳出一個窗口，按照操作提示即可完成檢測工作。檢定完畢后，點擊“保存測試”即可存儲到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。

3.2 測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析

測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響因素有很多，包括：（1）定度、檢定時立標(biāo)準(zhǔn)機(jī)不確定度；（2）測量顯示控制器分辨力；（3）測力儀自身重復(fù)性；（4）測力儀長期穩(wěn)定性；（5）測力儀回零誤差。在定度過程中，環(huán)境溫度波動不得超過±1℃，否則會對測力儀不確定度造成較大的影響，降低最終的檢定精度。結(jié)合產(chǎn)品說明書、溯源證書數(shù)據(jù)，分析標(biāo)準(zhǔn)測力儀不確定度。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀在材料試驗機(jī)檢定中的應(yīng)用十分廣泛，并且未來會朝向高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)、數(shù)字化方向發(fā)展。這樣數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀不僅能夠?qū)崿F(xiàn)材料試驗機(jī)力值檢定，也可以用作力值自動化測量、系統(tǒng)檢定軟件測量，降低人為因素造成的誤差、提高檢定效率、保證檢定精度，發(fā)揮更強(qiáng)的綜合效益，因此，數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測力儀具有非常高的推廣價值。