液壓疊加式力標準機力值重復性、示值誤差和長期穩定性觀測與思考

植宇輝 莫先怡 鐘澤光

（廣西計量檢測研究院，廣西 南寧 530022）

液壓疊加式力標準機力值重復性、示值誤差和長期穩定性觀測與思考

植宇輝 莫先怡 鐘澤光

（廣西計量檢測研究院，廣西 南寧 530022）

文章以500kN液壓方式疊加機作為驗證機和研究平臺，根據其力值重復性、示值誤差和長期穩定性指標優于0.0086%（突破規程0.03級的極限，挑戰現有理論模式）的檢測數據，評估其不確定度，指出現檢定規程存在的問題，堅持以0.01%精度為深入研究的切入點，尋找減小不確定度分量的方法，提出完善高精度疊加機計量傳遞鏈的部分改進思路。

疊加式力標準機；力值重復性；示值誤差；長期穩定性；觀測;思考

疊加式力標準機分為機械式和液壓式兩種，其中液壓式占的市場份額較大。疊加式力標準機（以下簡稱疊加機）準確度的影響因素很多，例如疊加機各零部件材料性能和結構因素、測力儀的準確度、控制系統的穩定性、環境影響因素、量傳影響因素、反力架結構的穩定性、實際受力軸線與理論受力軸線的重合度等等。

1 疊加式力標準機部分技術指標概述

依據JJG734-2001《力標準機》的規定，考核疊加機的主要技術指標為力值重復性、示值誤差、靈敏限（又稱鑒別力）、負荷波動性和長期穩定性等。在此就力值重復性、示值誤差和長期穩定性的技術指標做長期跟蹤觀測。

（1）疊加機的力值重復性是指在疊加機中，在實際相同的測量條件下（如用同一方法，同一觀測者，用同一臺測力儀，在短時間間隔內），對所產生的力值進行連續多次測量時，其測量結果間的一致程度（要求所用測力儀的重復性應優于疊加機的力值重復性）。

（2）長期穩定性是指在相同條件下測力儀在一定時間內，變形示值保持不變的程度。長期穩定性需要在正常工作和不被人為干擾或調整的情況下長時間進行觀察。

2 液壓疊加式力標準機的驗證機實際檢測數據的長期觀測情況

（1）廣西計量檢測研究院與浙江紹興肯特公司聯合研制一臺，奮斗目標為示值誤差±0.015%，采用先進的數字雙伺服油源控制系統和C3H3型參考測力傳感器。

該驗證機每年由上級技術機構進行檢測。以這個驗證機為研究試驗平臺，在正常使用前提下，得到一個連續約三年未加任何人為干擾和調整的考核過程，除了第一周期年（可以稱為老化周期年）長期穩定性為0.016%外，后兩個周期年的力值重復性、示值誤差、年穩定度均優于0.0086%（見表一和表二），超過JJG734-2001《力標準機》規程0.03級的極限，也超過一年檢定周期的長期穩定度，是一個巨大進步，表明其參考傳感器和數字控制儀表比較理想，是個較理想的研究平臺，可以做進一步的精細研究。

（2）該驗證機連續兩個周期年的力值重復性、示值誤差、年穩定度均優于0.0086%的事實，與傳統的認識有較大反差，傳統的觀點認為由于各種因素影響，疊加機是不穩定的，無法突破JJG734-2001《力標準機》規定的0.03級，即便有突破也是短暫巧合，存在不少質疑。

現代疊加機和高精度傳感器技術的客觀發展很迅猛，超乎人們的想象，傳統的一些理論模式受到挑戰，各種科研實踐活動將不斷豐富和完善相關理論，因此即使0.01級的疊加機準確度是偶然巧合，也存在一定的必然性。下一步要做的清楚。

（3）本疊加機驗證機歷年上級技術機構檢測數據的力值就是繼續通過更深入的研究分析，發現問題和采取措施，把必然性的內在規律搞

重復性和示值誤差技術指標見表1和表2。

表1 重復性

表2 示值誤差

3 疊加機不確定度影響因素及評估

疊加機的力值不確定度是指在疊加機中，由于各種可能的物理因素，結構及安裝等因素影響，導致其產生的力值不能肯定的程度。

疊加機間接法不確定度主要影響因素是標準測力儀的力值測量不確定度、長期穩定度和溫度影響。

根據相關的力值不確定度評定導則和檢定規程要求，一般液壓式疊加機力值不確定度影響因素有標準傳感器重復性、標準傳感器旋轉效應、數字儀表分辨力、標準傳感器零點恢復、標準傳感器長期穩定性和標準傳感器的溫度影響。其合成不確定度如下：驗證機擴展不確定度

盡管影響因素多，疊加機擴展不確定度仍然優于0.0093%。因此上級技術機構的檢測數據是可靠的。

4 思考與分析

（1）在計量傳遞鏈中，疊加機的上級傳遞鏈是基準和標準測力儀，本級鏈環是疊加機本身，為了確保量傳可靠，它們各自應該注意什么？有什么需要完善的？要堅持以0.01級準確度為深入研究的切入點，讓問題充分顯露出來，相應對策容易制定。

（2）本疊加機驗證機的狀態是不是最佳狀態？如果是，那么使用過程的變化會不會導致狀態變壞和示值超差，從而應驗疊加機不穩定的判斷；如果不是，那么不好的狀態都能達到0.01%，最佳狀態更能證明0.01級不是難題。影響因素錯綜復雜，要一一剖析，需要許多數據分析驗證，工作量大，時間必然要長。

（3）力值重復性的游移幅度在0.006%左右，驗證機力值重復性最大接近0.01%，雖然符合JJG734-2001《力標準機》的規定，還是顯得有些大，沒有給長期穩定度留出冗余度，對疊加機綜合準確度的穩定提高是一大障礙，需要找出原因減小這個指標值。

（4）重復性普遍偏大在第1測點上，這與標準測力儀數字表的分度數有某些關聯，DK38數字表是六位，顯示位數不足，雖然DMP40數字表是7位，但檢測時卻被按6位設置，容易造成在第1檢測點的顯示位數不足，導致計算的重復性與實際的可能有較大偏差，影響對產生原因的正確分析。

（5）參照JJG734-2001《力標準機》檢定規程檢定0.01級力標準機的規定，要求上級技術機構在來檢測驗證機之前，先將其力值重復性和長期穩定性符合0.005%的標準測力儀在基準機上檢定，之后才能來檢定驗證機，然后再將其標準測力儀帶回基準機上檢定，用前后兩次的標準測力儀綜合值的平均數來給驗證機賦值，理論上是很嚴謹的，但這樣做成本很大，在距離和時間上也與現實情況有較大沖突，實際上都沒有做到，這對疊加機長期穩定性的冗余度影響較大，是規程的缺陷之一，應想辦法改進。

（6）除參考傳感器的溫度影響和工作臺水平度是可調控的外，其他技術指標參考傳感器天生帶來的，只能用高準確度的儀器使它們充分表現出來，不能改變。需要在可控因素尋找減小不確定度分量的方法。

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Observations and reflections of hydraulic force standard machine force repeatability, showing error and long-term stability

Taking 500kN hydraulic superimposed machine as demonstrator and research platform.Repeatability according to their ability, showing error and long-term stability indicators than 0.0086%(Breakthrough procedure .03 limit, to challenge existing theoretical models) test data to evaluate the uncertainty, referring to the problems appear verification procedures, adhere to the accuracy of 0.01% of the starting point for further research, looking to reduce the uncertainty of component method is proposed to improve part-precision metering machine overlay transport chain improvement ideas.

Force standard machine; force repeatability; indication error; long-term stability; observing;thinking

TH71

A

1008-1151(2015)01-0073-02

2014-12-15

植宇輝，廣西計量檢測研究院高級工程師。