高准确度大力值比对方法的研究

　　0　引言

　　力值计量在冶金、建筑、交通、国防以及航空航天等领域发挥着重要作用,为国民经济和对外贸易的发展提供了有力的支撑和保障。力标准机作为国家力值传递系统的一个关键环节,在确保全国力值准确、一致方面起到了重要的作用。为进一步改善和提高我国力值基、标准机的维护和使用水平,保证我国力值的准确一致和正确传递,促进我国力值计量水平的提高,全国范围内的力值比对工作已经开始实施。由于力标准机的量程以及结构、原理的不同,分为大力值(>1MN)比对、中小力值(≤1MN)比对两个项目进行。中国计量科学研究院作为主导实验室,组织实施大力值(>1MN)国内比对工作。

　　本文在对参加比对的大力值基、标准机特性充分调研和试验的基础上,对高准确度大力值比对的方法进行了分析和研究,并参照力值国际关键比对的方法,提出了大力值国内比对的试验程序。

　　1　比对方法的研究和试验

　　大力值标准机有两种结构型式:一种是液压式力标准机,即把标准砝码的重力经液压放大来复现力值的力标准机;另一种是叠加式力标准机,即采用一个(组)高准确度的标准测力仪,与被检测力仪串联,以液压或机械方式施加负荷,通过比较测量,来确定被检测力仪计量特性的力标准机。我国的大力值国家基准为中国计量科学研究院5 MN、20 MN液压式力基准机。中国测试技术研究院以及山西、江苏、上海、湖北、陕西、浙江等省级计量部门建立了液压式或叠加式大力值标准机。

　　目前我国大多数大力值标准机的量程上限为2MN,因此本次比对的最大负荷确定为2 MN,另一比对点为50%最大负荷,即1 MN。由主导实验室提供两台2MN高准确度力传感器(准确度等级为0.03级)作为传递标准。

　　为了制定科学、合理的比对方法,试验和研究既要充分考虑各台力基、标准机结构、性能的不同,也要考虑温度等环境因素对传递标准的影响。

　　1.1　加、卸荷和力值稳定时间的确定

　　在力基、标准机上施加或卸除比对负荷后,需保持一段时间,才能得到传递标准的稳定输出信号。由于在同一负荷点各台力基、标准机的加、卸荷时间和加、卸荷速率可能各不相同,会对比对数据产生一定影响。为了尽量减小这种影响,需根据各台力基、标准机加、卸荷速率,以最长的加、卸荷时间作为比对的加、卸荷时间。根据各台参加比对的力基、标准机的调研情况,在每一级负荷(即从零负荷到1MN,1MN到2MN的加荷过程以及从2MN到零负荷的卸荷过程)的加、卸荷时间为60~150s之间,再经过30~60s的时间,传递标准的输出信号才能趋于稳定。按照最长时间考虑,确定每级负荷的加、卸荷和力值稳定时间共计210s。其后开始采集传递标准的输出信号,可以减小因各台力基、标准机加、卸荷时间及速率的不同对比对结果的影响。