叠加式力标准机的长期稳定性与准确度

　　1 引 言

　　力标准机是产生标准力值用于检定、校准测力仪(或称重传感器)且符合国家计量技术法规的机器。力标准机通常有四种类型：静重式、杠杆式、液压式和叠加式。叠加式力标准机(简称叠加机或 BM)是用一个或一组(通常为三个)比被检定的测力仪准确度高的标准测力仪作为标准，与被检测力仪串联，以液压或机械方式施加负荷，采用比较测量方法的力标准机。近年来，随着力传感器技术发展，叠加机得到了越来越多的应用[1-5]，但对于叠加机计量性能的评价方法，有值得讨论之处。

　　2 叠加式力标准机的准确度

　　叠加机主要由参考标准、力加载机构(又称力源)、控制系统三大部分组成。参考标准由一个或一组的高准确度测力仪构成，并事先在力基准机或者上一级的力标准机上完成标定。工作时，力源对参考标准和被检测力仪(或传感器)同时加载，由于两者受力串联，承受同一载荷。载荷大小由参考标准的输出确定，当输出达到由基准或上一级标准标定的定度值时，所施加的载荷为一标准力值，控制加载机构将该力值保持稳定，并记录下被检测力仪的输出。逐级加载和卸载，即可完成对被检测力仪的检测。

　　从组成结构上分析，影响叠加机力值准确度的因素主要有参考标准力传感器的技术特性(包括零点输出、零点飘移、重复性、直线度、滞后、长期稳定性、蠕变、输出温度影响等)、力源的刚性和压向工作台的水平度等。

　　根据叠加机的工作原理，它的力值数据由所使用的参考标准给出，而参考标准必须先在国家力基准机上进行定度才能使用，叠加机的输出数据实际上是参考标准定度的结果，即其量值溯源到国家基准。另一方面，叠加机的机架及加载机构在通常状态下能够保持很好的稳定性，不会突然出现影响整机计量性能的失效情况。因此，在首次校准后，叠加机的计量准确度主要取决于参考标准传感器的技术特性，尤其是传感器的长期稳定性。

　　需要强调的是，在考核参考标准的长期稳定性时，所采用的数据必须是未经修正的结果。如JJG 144-2007《标准测力仪检定规程》[6]所述，当直接使用传感器的输出信号时，无法通过数学方法对数据进行修正，在此前提下考核其长期稳定性才具有实际意义。反之，当传感器使用力值单位(如 N、kN)时，若在重新校准后对定度数据或拟合公式进行了修正，则此时无论是考核其长期稳定性还是示值误差，都无法真实反映传感器的性能，也就无法保证叠加机的准确度。

　　评价叠加机力值准确度的方法主要有直接法和间接法两种。其中，直接法是根据叠加机所使用的参考标准传感器的计量特性对整机的力值准确度进行评价;间接法则是通过更高准确度的传递标准对叠加机进行检定或校准，根据检定或校准的结果评价其力值准确度[7]。这两种方法在 JJF 1094-2002《测量仪器特性评定》分别称为分部法和比较法[8]。JJG 734-2001《力标准机检定规程》中规定的力标准机检定方法即属于间接法[9]，其中对于叠加机力值误差的定义与检定方法，没有从其他类型中独立出来。根据以上的讨论，可考虑对叠加机的长期稳定性和准确度进行单独规定。