劉洪亮

摘 要：通常在對(duì)金屬或是非金屬等材料、制品進(jìn)行拉伸、彎曲等處理時(shí)會(huì)選擇使用液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。其本身具有較高的精準(zhǔn)性且操作便捷，但因試驗(yàn)機(jī)復(fù)雜性和專業(yè)性也相對(duì)較高，因此檢定人員一旦出現(xiàn)操作不當(dāng)或是缺乏對(duì)試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，則極有可能導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)示值測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。因而本文將選擇以1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為例，重點(diǎn)對(duì)其示值測(cè)量結(jié)果的不確定度和校準(zhǔn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞：1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；示值測(cè)量；不確定度；校準(zhǔn)方法

引言：一般液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的主要組成包括加力和測(cè)量系統(tǒng)以及安全保護(hù)裝置等等，其通過(guò)液壓方式施加力值用于對(duì)被測(cè)材料或制品的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定。為保障研究的精準(zhǔn)性，在評(píng)定1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)示值測(cè)量結(jié)果不確定度的過(guò)程中，本文將嚴(yán)格參照國(guó)家制定的JJG139-1999《拉力、壓力和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》。在試驗(yàn)機(jī)當(dāng)中將對(duì)應(yīng)著測(cè)量點(diǎn)的負(fù)荷施加在標(biāo)準(zhǔn)力值上，從而準(zhǔn)確獲得對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)力值的試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷示值。最后采用算術(shù)平均法求取最終測(cè)量點(diǎn)相對(duì)示值誤差，并針對(duì)試驗(yàn)機(jī)示值測(cè)量結(jié)果誤差提出相應(yīng)的校準(zhǔn)方法。

一、1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)示值測(cè)量結(jié)果不確定度

（一）環(huán)境條件與被測(cè)對(duì)象

通常評(píng)定1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)示值測(cè)量誤差不確定度，需要將溫度控制在10到35℃之間，保障溫度波動(dòng)度始終控制在每小時(shí)2℃以內(nèi)，相對(duì)濕度不超過(guò)80%。作為被測(cè)對(duì)象的1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，其試驗(yàn)力測(cè)量范圍在2%到100%FS之間，允許的示值誤差最大值為±1%。采用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度和穩(wěn)定度分別為0.15%與±0.3%。

（二）數(shù)學(xué)模型與的建立

如果以試驗(yàn)機(jī)度盤(pán)刻度示值為準(zhǔn)，則在讀取測(cè)力儀數(shù)值時(shí)，需要使用如下公式計(jì)算示值結(jié)果不確定度：

在這一公式當(dāng)中液壓試驗(yàn)機(jī)與測(cè)力計(jì)的示值誤差和定度示值分別用 δ以及F1表示，F(xiàn)2表示的就是此時(shí)測(cè)力儀顯示的具體讀數(shù)。k與△t1則分別表示標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的溫度修正系數(shù)以及試驗(yàn)機(jī)在定度和校準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度差。

如果以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀示值為準(zhǔn)，則在讀取試驗(yàn)機(jī)數(shù)值時(shí)，需要使用如下公式計(jì)算示值結(jié)果不確定度：

在上述公式當(dāng)中，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)同測(cè)力計(jì)的示值誤差和定度示值分別用δ以及F11表示，F(xiàn)12表示的就是此時(shí)試驗(yàn)機(jī)顯示的具體讀數(shù)。k1與△t11分別表示標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的溫度修正系數(shù)及其在定度狀態(tài)下和試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度差。

（三）試驗(yàn)機(jī)重復(fù)引入輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度估算

在對(duì)試驗(yàn)機(jī)重復(fù)性引入輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行估算時(shí)，選擇對(duì)被檢測(cè)對(duì)象即1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)使用A類(lèi)方法，其測(cè)量點(diǎn)為20%的滿量程，連續(xù)十次進(jìn)行測(cè)量后，得到10次檢定值（kN）分別為200.2、200.8、200.8、200.6、200.2、200.4、200、200.4以及200.1和200.8，在采用算術(shù)平均法后計(jì)算示值均值，可知其平均值為200.15kN。則單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差為：

通過(guò)代入數(shù)值至相關(guān)計(jì)算公式可知其不確定分量值為0.1kN，自由度為10-1=9。

（四）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引起輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度估算

在估算標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引起輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)，通過(guò)參考相應(yīng)的檢定證書(shū)即可得知其包含因子k的值為1.98，相對(duì)擴(kuò)展不確定度U95與年穩(wěn)定度的值分別為0.15%和±0.3%[1]。在假設(shè)其分布均勻的情況下，令包含因子取值為 ，此時(shí)當(dāng)測(cè)量點(diǎn)為200kN時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引起輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度值應(yīng)當(dāng)為 ，此時(shí)其自由度應(yīng)當(dāng)為50。

（五）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度的估算

根據(jù)前文獲得的相關(guān)計(jì)算值，可知合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)當(dāng)為試驗(yàn)機(jī)重復(fù)引入輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的平方與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引起輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的平方之和，再進(jìn)行平方根計(jì)算后的值即為0.27kN。在包含因子k取值為2時(shí)，擴(kuò)展不確定度為 。

二、1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)方法分析

（一）校準(zhǔn)度盤(pán)示值誤差正反方向

1.校準(zhǔn)正誤差

當(dāng)度盤(pán)示值為正誤差的情況下，在對(duì)1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)的過(guò)程中，首先需要在油缸外圓位置處平穩(wěn)放置框式水平儀，要求其刻度值保持為0.02 ，在沿著機(jī)座的橫向位置與縱向位置進(jìn)行找平之后令鉛錘度始終控制在0.1 以內(nèi)。隨后需要適當(dāng)調(diào)整上工作臺(tái)導(dǎo)向滑輪位置，避免其同導(dǎo)軌出現(xiàn)摩擦。緊固短臂刀刃后進(jìn)行拉力試驗(yàn)，確保測(cè)力計(jì)始終緊靠試驗(yàn)機(jī)。此時(shí)隨著短臂半徑長(zhǎng)度的不斷增大，拉桿刀座將沿該方向發(fā)生傾斜，以此有效校準(zhǔn)度盤(pán)示值正誤差。

2.校準(zhǔn)負(fù)誤差

如果實(shí)際示值誤差明顯大于試驗(yàn)結(jié)果，則表面此時(shí)存在示值負(fù)誤差。因而在校準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)時(shí)，工作人員首先需要科學(xué)評(píng)定試驗(yàn)機(jī)的整體外觀，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)部分或是測(cè)力油缸存在諸多污垢，則需要立即對(duì)其進(jìn)行清洗，在擦拭干凈后重新進(jìn)行正確安裝。對(duì)出現(xiàn)損傷的刀墊與刀刃進(jìn)行及時(shí)更換[2]。如果此時(shí)誤差仍然存在，則校準(zhǔn)人員可以手動(dòng)將度盤(pán)指針推轉(zhuǎn)至1/4位置處，而后上頂測(cè)力活塞，當(dāng)拉板穩(wěn)定性良好的情況下，將活塞松開(kāi)使其逐漸緩慢下移，此時(shí)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整位于底座下方的墊鐵保障活塞針尖位置與測(cè)力活塞座的窩完全對(duì)應(yīng)即可。

（二）校準(zhǔn)度盤(pán)示值誤差遞增偏差

1.校準(zhǔn)前準(zhǔn)備工作

如果液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)示值誤差存在遞增偏差的情況，則在對(duì)其進(jìn)行調(diào)整時(shí)，校準(zhǔn)人員首先需要做好一系列校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作。包括對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀進(jìn)行安裝和調(diào)試，對(duì)原始記錄進(jìn)行分類(lèi)整理。在現(xiàn)場(chǎng)溫度和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀定度溫度存在差異的情況下，需要重新結(jié)合實(shí)際情況修正標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀定度溫度值。隨后校準(zhǔn)人員需要主動(dòng)與試驗(yàn)機(jī)使用人員進(jìn)行交流，掌握其實(shí)際運(yùn)行情況，并全面檢查試驗(yàn)機(jī)的整體外觀，包括各路油管的連接狀態(tài)、緩沖裝置正常與否、工作臺(tái)導(dǎo)輪是否緊靠立柱、位于緊固主動(dòng)針位置處螺釘?shù)木o固程度等等。

2.控制校準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)

在實(shí)際對(duì)1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行調(diào)試校準(zhǔn)時(shí)，需要對(duì)下列關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格把控：（1）測(cè)力儀本身具有較高的精準(zhǔn)度，且使用環(huán)境溫度為室溫，周?chē)h(huán)境潔凈干燥，無(wú)任何腐蝕性氣體或是振動(dòng)情況，測(cè)力儀標(biāo)準(zhǔn)器各項(xiàng)性能參數(shù)均與其證書(shū)完全對(duì)應(yīng)。（2）在使用測(cè)力儀之前需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)其進(jìn)行規(guī)范安裝和相應(yīng)調(diào)試，隨后在被檢儀器工作臺(tái)中心位置處小心放置測(cè)力儀，此時(shí)施加力應(yīng)當(dāng)沿測(cè)力儀軸線作用[3]。（3）在正式進(jìn)行測(cè)量前至少需要進(jìn)行三次滿負(fù)荷預(yù)壓，要求回零差始終不超過(guò)0.2個(gè)分度。（4）在讀數(shù)過(guò)程中需要使用木棒橡皮頭端對(duì)表盤(pán)中心位置進(jìn)行輕敲，將百分表當(dāng)中的摩擦阻力影響全部消除，一旦指針不再擺動(dòng)，則需要即可進(jìn)行精準(zhǔn)讀數(shù)。（5）如果測(cè)力儀同被檢儀器溫度存在差異，則需要靜置一段時(shí)間，使得二者溫度值完全相同或是直接通過(guò)依照相關(guān)檢定規(guī)程要求修正溫度。

結(jié)束語(yǔ)：本文選擇以1000kN液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為例，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行示值測(cè)量結(jié)果不確定分析，在運(yùn)用相關(guān)計(jì)算公式下可知本文選擇的試驗(yàn)機(jī)不確定度為0.17，kN，在包含因子取值為2時(shí)試驗(yàn)機(jī)擴(kuò)展不確定度值為0.54。此外，針對(duì)試驗(yàn)機(jī)存在的度盤(pán)示值誤差正反方向以及遞增誤差情況，本文也提出了相應(yīng)的校準(zhǔn)方式。但在實(shí)際校準(zhǔn)時(shí)，工作人員也需要主動(dòng)與試驗(yàn)機(jī)使用者進(jìn)行溝通，結(jié)合試驗(yàn)機(jī)的具體使用狀態(tài)再選擇與之相對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行校準(zhǔn)，從而有效保障試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)效果。

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