劉丹

（遼陽市計(jì)量測(cè)試所，遼寧 遼陽 111000）

數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀中主要是由傳感器、配套指標(biāo)裝置構(gòu)成?，F(xiàn)行常見的計(jì)量設(shè)備包括傳統(tǒng)的牛頓環(huán)式、數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shì)。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(jì)算，降低了檢定效率。因此，測(cè)力儀逐漸取替了牛頓環(huán)式。測(cè)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(shì)，已經(jīng)成為了檢定材料試驗(yàn)機(jī)的主流設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用中依然要注意使用要點(diǎn)。

1 數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定精度的影響因素

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

1.1 常規(guī)溫度試驗(yàn)

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

1.2 高溫試驗(yàn)

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(cè)力儀溫差特點(diǎn)，先不對(duì)數(shù)顯測(cè)力儀進(jìn)行核對(duì)，待到溫度穩(wěn)定之后再核對(duì)。在試驗(yàn)當(dāng)中，高溫條件在受力為50kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為0.729%，數(shù)顯測(cè)力儀標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.169。在受力條件達(dá)到250kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為0.075%、數(shù)顯測(cè)力儀誤差標(biāo)準(zhǔn)為0.050%。通過對(duì)比可見，數(shù)顯測(cè)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(huì)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(cè)力儀的誤差更大一些，會(huì)影響到測(cè)試數(shù)據(jù)精度，所以高溫條件下數(shù)顯測(cè)力儀的性能較差。

1.3 加荷速度試驗(yàn)

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(yàn)機(jī)中沒有衡加載功能，所以在實(shí)驗(yàn)中還要由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員操作。在試驗(yàn)當(dāng)中，加荷速度為kN/s、受力達(dá)到50kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為-0.150%，數(shù)顯測(cè)力儀誤差為0.21%，在受力達(dá)到250kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為-0.027%，數(shù)顯測(cè)力儀誤差為-0.091%。在加荷速度提升到3.6kN/s 時(shí)，在受力為50kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為-0.378%，數(shù)顯測(cè)力儀相對(duì)誤差為0.238%。在受力達(dá)到250kN 時(shí)，應(yīng)變式測(cè)力儀相對(duì)誤差為-0.112%，數(shù)顯測(cè)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(shí)，數(shù)顯測(cè)力儀變化不明顯，相對(duì)變化較小，反之，應(yīng)變式測(cè)力儀的測(cè)量下限變化十分明顯。

1.4 試驗(yàn)結(jié)論

通過上述試驗(yàn)可知，數(shù)顯測(cè)力儀在下限時(shí)離散性較大，并且會(huì)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(yàn)機(jī)當(dāng)中，必須確保實(shí)際測(cè)量過程中的量程對(duì)應(yīng)，修正檢定溫度。應(yīng)變式測(cè)力儀測(cè)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(diǎn)控制好加荷速度。

2 數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀在檢定材料試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)用要點(diǎn)

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

（2）0.3 級(jí)數(shù)顯測(cè)力儀中主要包括測(cè)力傳感器、顯示儀表構(gòu)成。測(cè)力儀傳感器將試驗(yàn)機(jī)壓力按照相關(guān)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹练?jí)電信號(hào)，之后以線纜為載體將信號(hào)傳輸?shù)斤@示儀表當(dāng)中（二次儀表）。

（3）在試驗(yàn)機(jī)檢定中，選擇數(shù)顯測(cè)力儀作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀選用時(shí)，要重點(diǎn)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(jí)、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(gè)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(cè)力儀檢定規(guī)程》要求選擇測(cè)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(píng)估在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性、重復(fù)性。

（5）檢定不同量程試驗(yàn)機(jī)要使用量程更加接近的數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀。配套使用測(cè)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(shí)，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(cè)力儀在檢定材料試驗(yàn)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(dòng)檢定系統(tǒng)，之后點(diǎn)擊菜單的“系統(tǒng)維護(hù)”，再點(diǎn)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(diǎn)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(cè)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(cè)量顯示控制器電源，開啟儀器，點(diǎn)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(hào)（1-12），標(biāo)定點(diǎn)數(shù)（1-7），并輸入想要標(biāo)定的力值，讓標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)待標(biāo)定你那傳感器施加設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)力，此時(shí)主窗口上會(huì)顯示出內(nèi)碼值，點(diǎn)擊右側(cè)“自動(dòng)錄入”按鈕，此時(shí)即可自動(dòng)錄入（當(dāng)然也可以人工錄入）。將內(nèi)碼值錄入完畢后，點(diǎn)擊“結(jié)束標(biāo)定”完成。整個(gè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將數(shù)值由小到大排列。

（2）材料試驗(yàn)機(jī)檢定實(shí)際應(yīng)用。如果材料試驗(yàn)機(jī)沒有進(jìn)行過檢定，此時(shí)要先設(shè)置測(cè)試程序，點(diǎn)擊菜單中“測(cè)試程序”，再點(diǎn)擊“測(cè)試程序管理”，在信息框中輸入新試驗(yàn)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(diǎn)擊“設(shè)置”按鍵進(jìn)入次級(jí)菜單設(shè)置測(cè)試力。試驗(yàn)機(jī)型號(hào)不同要設(shè)置1 ～6 個(gè)量程，每個(gè)量程當(dāng)中要選擇不同測(cè)試力。

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

3.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析

測(cè)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(shí)立標(biāo)準(zhǔn)機(jī)不確定度；（2）測(cè)量顯示控制器分辨力；（3）測(cè)力儀自身重復(fù)性；（4）測(cè)力儀長期穩(wěn)定性；（5）測(cè)力儀回零誤差。在定度過程中，環(huán)境溫度波動(dòng)不得超過±1℃，否則會(huì)對(duì)測(cè)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(cè)力儀不確定度。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)顯標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀在材料試驗(yàn)機(jī)檢定中的應(yīng)用十分廣泛，并且未來會(huì)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(cè)力儀不僅能夠?qū)崿F(xiàn)材料試驗(yàn)機(jī)力值檢定，也可以用作力值自動(dòng)化測(cè)量、系統(tǒng)檢定軟件測(cè)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(cè)力儀具有非常高的推廣價(jià)值。