淺談數顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的運用

劉丹

（遼陽市計量測試所，遼寧 遼陽 111000）

數顯標準測力儀中主要是由傳感器、配套指標裝置構成。現行常見的計量設備包括傳統的牛頓環式、數顯標準測力儀，前者為百分表式、后者為二次儀表配傳感器，其中，牛頓環式在我國已經應用了50 多年，具有量值傳遞穩定、精準優勢。但由于該裝置體積大、使用不便，所呈現的數據為百分表的行程示值，要進行二次計算，降低了檢定效率。因此，測力儀逐漸取替了牛頓環式。測力儀具有小巧輕便、使用方便、性能優良、讀數直觀等優勢，已經成為了檢定材料試驗機的主流設備，但在實際應用中依然要注意使用要點。

1 數顯標準測力儀檢定精度的影響因素

標準測力儀可以分為與應變式標準測力儀和數顯標準測力儀，二者檢測過程較為相似，但是應變式標準測力儀在應用中更具優勢，這主要是因為數顯標準測力儀在實際應用中受到了部分因素的影響。為了能夠判定測力儀檢定精度的影響因素，可以通過相關試驗進行判定，從而掌握數顯標準測利益測力儀的使用要點。

1.1 常規溫度試驗

在常規條件下，需要重點考慮客觀環境溫度對測力儀檢定精度的影響。在試驗當中，將溫度調節到21℃，此時，對應變測力儀、數顯測力儀進行材料機檢定。在受力條件為50kN 時，應變式測力儀相對誤差為-1.30%、數顯測力儀的相對誤差為0.214%。在受力條件為250kN 時，應變式測力儀相對誤差為-0.018%，數顯測力儀誤差為-0.050。通過對比分析可知，相比應變式測力儀，數顯測力儀在測量中的離散性更大一些，并且在測量上限時兩種測力儀并無明顯差別。

1.2 高溫試驗

將環境溫度調整到33℃，模仿夏季的高溫環境，考慮到測力儀溫差特點，先不對數顯測力儀進行核對，待到溫度穩定之后再核對。在試驗當中，高溫條件在受力為50kN 時，應變式測力儀相對誤差為0.729%，數顯測力儀標準誤差為0.169。在受力條件達到250kN 時，應變式測力儀相對誤差為0.075%、數顯測力儀誤差標準為0.050%。通過對比可見，數顯測力儀在溫度變化造成的數值變化更大一些，再加上當溫度會直接影響設備的性能，在溫差變化較大的環境中，數顯測力儀的誤差更大一些，會影響到測試數據精度，所以高溫條件下數顯測力儀的性能較差。

1.3 加荷速度試驗

在正常環境溫度下，分別采用0.6kN/s 和3.6kN/s，考慮到很多試驗機中沒有衡加載功能，所以在實驗中還要由經驗豐富的人員操作。在試驗當中，加荷速度為kN/s、受力達到50kN 時，應變式測力儀相對誤差為-0.150%，數顯測力儀誤差為0.21%，在受力達到250kN 時，應變式測力儀相對誤差為-0.027%，數顯測力儀誤差為-0.091%。在加荷速度提升到3.6kN/s 時，在受力為50kN 時，應變式測力儀相對誤差為-0.378%，數顯測力儀相對誤差為0.238%。在受力達到250kN 時，應變式測力儀相對誤差為-0.112%，數顯測力儀誤差為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，數顯測力儀變化不明顯，相對變化較小，反之，應變式測力儀的測量下限變化十分明顯。

1.4 試驗結論

通過上述試驗可知，數顯測力儀在下限時離散性較大，并且會受到環境溫度變化的影響，而受到加荷速度的影響較小。所以在檢定材料試驗機當中，必須確保實際測量過程中的量程對應，修正檢定溫度。應變式測力儀測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，要重點控制好加荷速度。

2 數顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的應用要點

（1）大部分正在使用的拉力、壓力、萬能試驗機精確度設為1 級，根據《JJG 139-1999 拉力、壓力和萬能試驗機檢定規程》和《JJG 475-2008 電子式萬能試驗機檢定規程》要求配置精準度不超過0.3 級標準測力儀，即可對材料試驗機展開檢定，實現量值傳遞。

（2）0.3 級數顯測力儀中主要包括測力傳感器、顯示儀表構成。測力儀傳感器將試驗機壓力按照相關函數標準轉變為毫伏級電信號，之后以線纜為載體將信號傳輸到顯示儀表當中（二次儀表）。

（3）在試驗機檢定中，選擇數顯測力儀作為標準測力儀選用時，要重點考慮傳感器選用指標，主要包括使用環境（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、傳感器數量與量程等。通常要將顯示儀表不確定度控制在整個系統不確定度的33%以內即可。

（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、運行穩定、靈敏度高。結合《JJG I44-2007 標準測力儀檢定規程》要求選擇測力儀傳感器、顯示儀表。配置完成后，需要按照JJF1033 標準判定其綜合不確定度，評估在實際使用中的穩定性、重復性。

（5）檢定不同量程試驗機要使用量程更加接近的數顯標準測力儀。配套使用測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定更換內置參數。同時，還需要做好日常維護與保養工作，如果長期不使用也要定期通電運行。

3 數顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的應用方法

3.1 系統檢定軟件操作

（1）標準力傳感器標定。先啟動檢定系統，之后點擊菜單的“系統維護”，再點擊“傳感器管理”，進入傳感器管理程序中。如果要新增標準力傳感器，點擊“增加”按鍵即可。新添加傳感器要在標定完畢后再使用。標定前，現將傳感器連接到測量顯示器中的端口中，之后使用USB 轉RS232 線纜將顯示控制器與電腦連接，打開測量顯示控制器電源，開啟儀器，點擊“重新標定”按鍵，選擇出需要標定得傳感器連接通道號（1-12），標定點數（1-7），并輸入想要標定的力值，讓標準機對待標定你那傳感器施加設定的標準力，此時主窗口上會顯示出內碼值，點擊右側“自動錄入”按鈕，此時即可自動錄入（當然也可以人工錄入）。將內碼值錄入完畢后，點擊“結束標定”完成。整個系統會自動的將數值由小到大排列。

（2）材料試驗機檢定實際應用。如果材料試驗機沒有進行過檢定，此時要先設置測試程序，點擊菜單中“測試程序”，再點擊“測試程序管理”，在信息框中輸入新試驗機相關信息，并按“創建”添加新的信息。雙擊新紀錄并點擊“設置”按鍵進入次級菜單設置測試力。試驗機型號不同要設置1 ～6 個量程，每個量程當中要選擇不同測試力。

試驗機檢測中，在主界面上點擊“新建測試”按鍵進入到選擇測試程序界面，將鼠標放到想要選擇測試程序上雙擊打開測試面，并輸入試驗機相關信息，讓測試通道切換到傳感器通道。切換菜單當中點擊“傳感器選擇”按鍵，選擇要測試的傳感器，之后點擊“開始測試”按鍵進入測試程序中，此時，屏幕當中會跳出一個窗口，按照操作提示即可完成檢測工作。檢定完畢后，點擊“保存測試”即可存儲到數據庫當中。

3.2 測量標準不確定度分析

測量標準不確定度的影響因素有很多，包括：（1）定度、檢定時立標準機不確定度；（2）測量顯示控制器分辨力；（3）測力儀自身重復性；（4）測力儀長期穩定性；（5）測力儀回零誤差。在定度過程中，環境溫度波動不得超過±1℃，否則會對測力儀不確定度造成較大的影響，降低最終的檢定精度。結合產品說明書、溯源證書數據，分析標準測力儀不確定度。

4 結語

綜上所述，數顯標準測力儀在材料試驗機檢定中的應用十分廣泛，并且未來會朝向高靈敏度、抗干擾性強、數字化方向發展。這樣數顯標準測力儀不僅能夠實現材料試驗機力值檢定，也可以用作力值自動化測量、系統檢定軟件測量，降低人為因素造成的誤差、提高檢定效率、保證檢定精度，發揮更強的綜合效益，因此，數顯標準測力儀具有非常高的推廣價值。