宽量程液压式力标准机标准装置≤1MN力值一致性的评估

韩 剑

(山西省检验检测中心(山西省标准计量技术研究院)，山西 太原 030012)

1 引 言

力标准机标准装置是符合国家相关计量技术法规要求的测量标准装置，根据力产生的原理可分为四类：静重式力标准机标准装置、杠杆式力标准机标准装置、液压式力标准机标准装置、叠加式力标准机标准装置。力标准机标准装置将自身产生的标准力值，按照相关计量技术法规，作用于标准测力仪、工作测力仪、力传感器、称重传感器等计量器具上，进行力值的量值传递、溯源工作。

液压式力标准机标准装置是以砝码的重力作为标准负荷，以帕斯卡原理为基础，通过具有特定面积比例的一对无机械摩擦的油缸活塞所形成的油路系统放大后，按预定顺序自动平稳地把力值加到被检定、校准的标准测力仪、工作测力仪、力传感器、称重传感器等计量器具上的力标准机标准装置。由于制造时其油缸活塞的结构设计方式与加工精度会严重影响力值的复现性，所以我国普遍将其作为产生大力值(>1MN)的计量标准装置。而对于≤1MN力值量值的传递、溯源工作，一般都是使用静重式力标准机标准装置、杠杆式力标准机标准装置来进行的。

随着对大力值(>1MN)量值传递、溯源工作需求的不断加大，本单位研制了一款宽量程液压式力标准机标准装置，其测量范围50kN～5MN(测量下限为满量程的1%)，准确度级别0.05级，不仅满足了日益增长的社会需求，也兼顾了对于≤1MN力值量值传递、溯源工作的需要。因此，需要对这款宽量程液压式力标准机标准装置的≤1MN力值的一致性做出评估。

2 相关说明

本次试验所用到的计量标准装置见表1，本次试验的被测对象为标准测力仪，其测量范围为100kN～1MN。

表1 计量标准装置

3 试验方法的确定

本次试验参照JJG 144-2007《标准测力仪》计量检定规程规定的方法，实验室环境温度为(20±5)℃，测量过程中室温变化不超过1℃，湿度不大于80%RH。标准测力仪在实验室放置至少8h，试验前通电预热1h。标准测力仪只进行压力方向进程示值的测量。

(1)测量点的选取。因为需要对这款宽量程液压式力标准机标准装置≤1MN力值的一致性做出评估，结合工作中的大多数实际情况，测量点考虑从100kN～1MN这个测量范围中选取。本文选择100kN、500kN、1000kN三个点进行测量。

(2)安装方位的选取。因为以上计量标准装置都经过检定，并且合格，所以可以不用考虑方位误差带来的影响。这里只选择1个方位，即0°方位(0°方位为标准测力仪接线盒正对试验人员)。

(3)预加荷方式、次数及时间的确定。预加载3次额定负荷，每次预负荷按测量点逐级施加，每次额定负荷保持时间为30s，然后进行逐级卸荷。每次预加额定负荷完全卸除后，等待回零30s，根据需要可重新调整零点。

(4)数据测量方式及数据采集时间的确定。按逐级加荷的方式进行测量。力标准机标准装置的加、卸荷方式都会对标准测力仪的输出信号产生一定影响。施加或卸载负荷后，需保持一段时间，才能得到相对稳定的输出信号。按照经验，一般需要经过30s的时间，标准测力仪的输出信号才能趋于稳定。为了尽量减小影响，加载至100kN后，保持30s，记录测量值；加载至500kN后，保持30s，记录测量值；加载至1000kN后，保持30s，记录测量值。然后进行逐级卸荷，完全卸除载荷后，等待回零1min，记录回零差(用于不确定度评定)，重新调整零位并立即加载，连续进行此步骤10次。

4 测量结果及测量不确定度

将设备分为3组，分别编号，详见表2。测量结果及测量不确定度如表3-表6所示。

表2 设备编号

表3 100kN测量点测量结果

表4 500kN测量点测量结果

续表4

表5 1000kN测量点测量结果

表6 测量不确定度

5 测量结果的评估

将宽量程液压式力标准机标准装置的测量结果分别与叠加式力标准机标准装置、杠杆式力标准机标准装置的测量结果进行比较，若满足式(1)、式(2)，则结果为满意，否则，结果为不满意(如表7、表8所示)。

(1)

(2)

表7 测量结果评估

表8 测量结果评估

将宽量程液压式力标准机标准装置的测量结果与3组数据的平均值进行比较，平均值计算见式(3)。若比较结果满足式(4)，则结果为满意；否则，结果为不满意(如表9所示)。

(3)

(4)

表9 测量结果评估

6 测量结果的评估结论

测量结果的评估采用了两种方式，通过数据计算、分析，可以得到以下结论：

第一种方式是将宽量程液压式力标准机标准装置的测量结果分别与叠加式力标准机标准装置、杠杆式力标准机标准装置的测量结果进行比较，以判断宽量程液压式力标准机标准装置的测量结果与叠加式力标准机标准装置的测量结果和杠杆式力标准机标准装置的测量结果之间的一致性。通过计算、分析，这款宽量程液压式力标准机标准装置≤1MN力值的一致性满足预期设计要求。

第二种方式是对全过程的一个客观、全面的反映，再次验证了这款宽量程液压式力标准机标准装置≤1MN力值的一致性满足预期设计要求。

7 结束语

本次工作初步验证了这款宽量程液压式力标准机标准装置≤1MN力值的一致性，能够满足力值量值传递溯源的要求，表明目前我国液压式力标准机标准装置的研发总体技术状况是良好的。后期将进一步定期按照JJF 1033-2016《计量标准考核规范》中介绍的传递比较法或比对法对检定或校准结果进行验证，或进行能力验证，或进行更多的实验室间比对，同时与更多实验室加强技术交流和沟通，共同研究和探讨，使液压式力标准机标准装置的研发水平得到进一步提高。