張 達， 陳克武， 黃 晟

（寶武集團韶關(guān)鋼鐵設(shè)備管理部， 廣東 韶關(guān) 512122）

隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大及檢化驗設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，檢化驗設(shè)備的精度等級、自動化程度越來越高，實現(xiàn)智能化，信息化。

現(xiàn)場原有檢定裝置為0.3級，不但精度低，且技術(shù)落后，其測力結(jié)構(gòu)采用的是彈簧管變形式，百分表顯示變形示值,顯而易見，不但操作復雜，檢定效率低，且極容易出安全事故，已無法完全滿足生產(chǎn)線上高精度檢驗設(shè)備的現(xiàn)場檢定/校準需求。

本次技術(shù)升級實現(xiàn)檢化驗設(shè)備量值溯源的有效性、實時性、合法性，對確保寶武集團韶關(guān)鋼鐵（全文簡稱韶鋼）產(chǎn)品質(zhì)量，以及質(zhì)量認證、計量認證等質(zhì)量相關(guān)活動具有重要意義。

1 主要內(nèi)容

韶鋼最高標準—材料試驗機檢定裝置已無法滿足現(xiàn)有材料試驗機的周期檢定及日常運行檢查工作。技術(shù)升級改造方案設(shè)計，將原檢定裝置的準確度等級由0.3級提高到0.1級，滿足韶鋼公司所有材料試驗機檢定要求，確保韶鋼產(chǎn)品物理檢驗數(shù)據(jù)的合法性，準確性，滿足各種質(zhì)量認證需求。升級后裝置技術(shù)研究，設(shè)備運行各項技術(shù)參數(shù)研究，測量結(jié)果不確定度評定及驗證。

2 需解決的問題

1）材料試驗機檢定裝置的現(xiàn)場運行調(diào)試，符合0.1級準確度等級技術(shù)要求。

2）升級后裝置的測量重復性技術(shù)研究。

3）升級后裝置的測量穩(wěn)定性技術(shù)研究。

4）測量結(jié)果不確定度的評定、驗證。

5）按新建計量標準，撰寫韶鋼最高計量標準技術(shù)報告。

3 采用的方法

3.1 升級后裝置工作原理

采用比較法檢定材料試驗機。檢定材料試驗機時，通過比較標準測力儀與被檢材料試驗機的示值，計算出被檢材料試驗機的示值相對誤差，重復性相對誤差，示值進回程相對誤差等。

3.2 方案設(shè)計，標準設(shè)備組成

主要由型號為LC-3，量程分別為100kN、300kN、600 kN、1000 kN、2000 kN的標準測力儀以及聲級計、水平儀及同軸度測量儀等組成。

3.3 主要技術(shù)指標

0.1級，測量范圍（0.6～2000.0）kN。示值誤差優(yōu)于±0.1%，重復性不大于0.1%，回零差優(yōu)于±0.05%FS。

3.4 計量標準的量值溯源和傳遞框圖（見圖1）

圖1 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

3.5 計量標準的重復性試驗

選取1臺0.5級最大試驗力為1000 kN的試驗機，以1000 kN量程的20%（即200 kN）作為測量點，連續(xù)測量10次，得到測量列如表1所示。

表1 200 kN測量點連續(xù)10次重復性實驗結(jié)果 kN

另外，選擇2臺同類型試驗機，在重復性條件下，用同樣測量方法，共得到三組測量列，匯總見表2。

表2 檢測點力值為200 kN下三組實驗標準差計算結(jié)果

由于該組重復性數(shù)據(jù)即為測量不確定度評定中使用的測量重復性數(shù)據(jù)，故標準裝置的測量重復性滿足要求。

3.6 計量標準的穩(wěn)定性考核

對于升級的主標準器具，根據(jù)JJF 1033—2008要求，按新建計量標準穩(wěn)定性考核方法進行考核，穩(wěn)定性考核記錄見表3。

考核記錄表中，四組測量結(jié)果中的最大值和最小值之差，即為新建計量標準在該時間段內(nèi)的穩(wěn)定性，其值小于計量標準的最大允許誤差的絕對值，所以穩(wěn)定性考核合格。

3.7 測量結(jié)果不確定度的分析與評定（0.5級材料試驗機）

3.7.1 測量依據(jù)及方法

1）測量依據(jù)。依據(jù)JJG 139—1999《拉力、壓力和萬能試驗機》檢定規(guī)程，材料試驗機測力系統(tǒng)的示值相對誤差是測量的最主要技術(shù)參數(shù)。檢定0.5級材料試驗機，使用0.1級的標準測力儀；檢定1、2級的材料試驗機，使用0.3級的標準測力儀。標準測力儀應符合計量檢定規(guī)程JJG 144—2007《標準測力儀》的要求。

表3 材料試驗機檢定裝置的穩(wěn)定性考核記錄

2）測量方法。在規(guī)定的環(huán)境條件下，通過試驗機施加負荷使標準測力儀產(chǎn)生彈性體變形，應變式標準測力儀把力的信號轉(zhuǎn)換為電信號，由指示器讀取。試驗機示值的算術(shù)平均值與標準測力儀上的標準力值之差即為試驗機的示值誤差。以0.1級標準測力儀檢定0.5級材料試驗機（量程1000 kN，測量點20%量程）為例，對其測量不確定度進行分析與評定。

3.7.2 測量結(jié)果不確定度的主要來源

測量重復性、測試人員的讀數(shù)誤差、標準測力儀校準／檢定時的測量不確定度、標準測力儀的長期穩(wěn)定度帶來的影響、標準測力儀的數(shù)字示值分辨力引進的誤差。

3.7.3 數(shù)學模型

根據(jù)JJG 139—1999《拉力、壓力和萬能試驗機》檢定規(guī)程，考慮測量不確定度的來源，建立數(shù)學模型如下：

式中：△F為試驗機的示值誤差；Fˉ為試驗機示值的算術(shù)平均值；F為標準測力儀上的標準力值。

3.7.4 方差與傳播系數(shù)

3.7.5 各輸入量標準不確定度的分析與評定

對1臺最大試驗力為1000 kN的試驗機，選擇1000 kN量程的20%（即200 kN）作為測量點，連續(xù)測量10次，得到測量列如上文表1所示，所以試驗機重復性標準不確定度 μ（Fˉ）為：

由于測試人員對試驗機度盤讀數(shù)時可估讀到0.1個分度值，由此可估算人員讀數(shù)最大誤差應為0.05個分度值，按均勻分布計算，取故測試人員的讀數(shù)誤差標準不確定度為：

標準測力儀檢定證書給出的相對擴展不確定度為0.03%，包含因子k=2。在測量點200 kN處，標準測力儀檢定時的測量標準不確定度μ（F1）為：

根據(jù)檢定證書數(shù)值，參考JJG 144—2007《標準測力儀》檢定規(guī)程中長期穩(wěn)定度計算公式100%，式中：x1為上次檢定的進程示值平均值；x2為本次檢定的進程示值平均值?？傻贸霰緲藴蕼y力儀長期穩(wěn)定度為0.1%，取包含因子k=3，在測量點200 kN處，測量用標準測力儀的長期穩(wěn)定性帶來的標準不確定度 μ（F2）為：

標準測力儀數(shù)字示值的分辨力δ為其末位有效數(shù)字的一個增量，其值為0.01 kN，根據(jù)《測量不確定度評定與表示》，標準測力儀數(shù)字示值分辨力的標準不確定度 μ（F3）為：

輸入量F的標準不確定度分量彼此之間相互獨立不相關(guān)，可得出輸入量F的標準不確定度μ（F2）為：

3.7.6 合成標準不確定度

3.7.7 擴展不確定度

取包含因子k=2，擴展不確定度為：

3.7.8 相對擴展不確定度

將U值按相對擴展不確定度表示為：

4 檢定/校準結(jié)果

選取1臺0.5級材料試驗機（型號：WAW-1000，No：18114），由廣東省計量院和本檢定裝置分別進行檢定，檢定結(jié)果如表4。

表4 結(jié)果比對及驗證記錄

由表 4 可以看出，|ylab－yˉ|的最大值為 0.07%，本檢定裝置本次檢定的相對擴展不確定度：Ulab=0.16%。根據(jù)不確定度的驗證方法，對于兩個實驗室用同一檢定方法檢定出的檢定數(shù)據(jù)的比對，應滿足：

該計量標準裝置技術(shù)升級后的設(shè)備配置及技術(shù)性能符合國家相關(guān)法律/法規(guī)及計量檢定規(guī)程的要求，計量標準裝置的測量重復性及穩(wěn)定性經(jīng)考核滿足要求，檢定結(jié)果及擴展不確定度得到驗證，整體計量性能滿足開展檢定/校準工作的要求。

5 結(jié)語

力學計量檢測技術(shù)有了突破性的發(fā)展，實現(xiàn)公司力值計量標準上一個新臺階，檢定裝置提升到0.1級水平，達到國內(nèi)同行企業(yè)最高水平。

項目完全采用國產(chǎn)化設(shè)備，研究分析其性能及技術(shù)參數(shù)均滿足0.1級材料試驗機檢定裝置要求，這在國內(nèi)是無先例的。我們正將此套裝置按新建計量標準交廣東省技監(jiān)局考核，考核合格后將發(fā)計量標準證書。