1、材料试验机力值校准方法的比较 30计量、测试与校准xx年第28卷第2期材料试验机力值校准方法的比较高原(中国航天科工集团六院601所，内蒙古呼和浩特010076)摘要:对JJG1391999，ISO75001:1999及ASTM E402中材料试验机力值的技术要求进行了比较。 关键词:试验机;校准方法;分辨力:TH87:B:10026061 (xx)020030020前言JJG1391999拉力、压力和万能试验机检定规程作为我国现行有效的试验机检定规程与ISO75001:1999拉力、压力试验机测力系统的检验和校准和ASTM E402试验机的力值校准在技术内容上存在一定差别。 为便于计量工作者正确理解和使用这三个标准，本文对它们作一简单介绍，并进行比较。 此外，欧盟的EN100022试验机测力系统的检验与ISO75001:1999在内容及格式上基本相同;国际法制计量组织的OIML65材料试验机的力值测量系统的主要技术指标与JJG1391999基本一致，增加了3级试验机，技术指标的计算与其它标准存在较大差别。 1JJG1391999拉力、压力和万能试验机检定规程我国的JJG1391999
2、中强调对试验机法定的计量要求，体现法制计量的特点，除试验机的试验力的检定外，(技术指标与ISO75001相同)，主要增加了以下四个方面的要求:液压和弹簧试验机30s内试验力最大变动值的检定;试验机上、下夹头的中心线与试验机轴线同轴度的检定;笔式记录装置的检定;试验机的噪声检测。 试验机力值的检定范围从每级量程的20%100%试验力，检定点不少于5点。 对0.5级试验机，推荐在第三组测量时，测力仪旋转90或180。 2ISO75001拉力、压力试验机测力系统的检验和校准2.1试验力示值的各项最大允许误差ISO75001中提出的主要技术要求见表1。 :xx0705;收修改稿日期:xx0118作者简介:高原(1967)，男，工程师，主要从事力学计量测试工作。 表1ISO75001的主要技术要求试验机量程的级别最大允许误差/%示值相对误差q重复性相对误差b进回程相对误差零点相对误差f0相对分辨力a0.50.50.50.750.050.2511.01.01.50.10.522.02.03.00.21.033.03.04.50.31.5注:示值进回程相对误差仅在需要时确定。 2.2试验机分辨力的确
3、定对于模拟式指示装置，其分辨力应为指针宽度与两相邻刻线中心距(刻线间隔)的比值，推荐比值为12，15或110，要测定到标度盘的1/10，要求刻线间隔不小于2.5mm。 对于数字式指示装置，试验机的电机和控制系统均启动，且在力指示装置空载的情况下，如果数字式指示装置的示值变动不大于一个增量，则认为其分辨力为一个增量;在力指示装置空载、电机和驱动机构与控制系统均启动、可测出所有电噪声总和的情况下，如果读数变动大于上述计算的分辨力值，则认为此时的分辨力等于变动范围的一半加上一个增量。 这里判定的仅是由于系统噪声引起的分辨力，未计入控制误差，如液压试验机的控制误差。 对于可自动变换量程的试验机，指示装置的分辨力会随着系统分辨力或增益的变化而变化。 2.3试验机力值的校准校准可用标准测力仪(技术指标见ISO376)或最大允许误差不超过0.1%的力值砝码。 应以递增力进行三组测量。 每组测量应至少有五个力值点，并在量程的20%100%范围内近似等间隔分布，如果对低于量程20%的力值进行校准，则应选择近似等于量程计测技术计量、测试与校准3110%，5%，2%，1%，0.5%，0.2%和0.1%直到校
4、准下限的力值点进行补充测量。 量程的下限用分辨力r的倍数确定。 0.5级:400r;1级:200r;2级:100r;3级:67r。 对于带有自动变换量程指示装置的试验机，应在每一分辨力不变化的范围内至少施加两个力。 每组测量前，可将测力仪转位120，并进行预负荷操作。 另外，ISO75001还规定了带有辅助装置试验机的检验，以及活塞位置效应的检验。 3ASTM E402试验机的力值校准3.1试验机的技术指标ASTM E402标准规定:试验机的力值误差不超过1.0%，两遍测量的重复性不超过1.0%。 3.2试验机分辨力的确定对于模拟式指示装置，分辨力应在每一量程的最小力值点进行检查，一般在量程的10%。 如果两相邻刻线距离小于2.5mm且指针宽度小于两相邻刻线距离的五分之一，则分辨力为分度值的五分之一;如果两相邻刻线的距离大于或等于2.5mm，且指针宽度小于两相邻刻线距离的十分之一，则分辨力为分度值的十分之一。 除此之外，一般为分度值的11，12，15，110。 如果可能，在对试验机施加一恒定力值时，分辨力等于指示装置的最小变动量，并且变动量不超过确定的分辨力的两倍。 对于非自动量程的数
5、字式指示装置，分辨力也应在每一量程的最小力值点进行检查，一般在量程的10%。 如果数字式指示装置的示值变动不大于一个增量，则认为其分辨力为一个增量;如果读数变动大于确定的分辨力的两倍，则分辨力等于变动范围的11/2。 对于自动量程的数字式指示装置，其分辨力在试验机测量下限1，10，100三点进行确定，原则与非自动量程的相同。 3.3试验机力值的校准校准用设备可以是0.1%的力值砝码，也可以是A等测力仪(不确定度不超过0.25%，可参见ASTME74)或测力杠杆，并至少进行两遍递增试验力的校准。 校准范围为量程的10100%，不少于五点，同时，两相邻力值点的间隔应不小于1/20，且不大于1/3。 如果校准10%以下的力值，推荐的力值点为1，2，4，7，10倍的分辨力的近似力值点，或1，2.5，5，7.5，10倍的分辨力的近似力值点，且两相邻力值点的间隔应不大于1/3。 如试验机的量程为5000Ibf，分辨力为0.0472Ibf，则最小校准点为0.0472Ibf200=9.44Ibf，那么，选取的校准点为10，20，40，70，100，200，400，700，1000，2000，4000，
6、5000Ibf，由于在2000Ibf和4000Ibf间隔2000Ibf1/35000Ibf，所以在2000Ibf和4000Ibf之间增加3000Ibf一点。 4各试验机力值校准的主要区别4.1试验机力值的技术指标ISO75001中试验力指标与我国JJG1391999中规定的基本一致，ISO75001增加了3级试验机，ASTM E402只规定试验机的允差应不大于1%。 4.2校准方法我国JJG1391999和ISO75001中都规定对试验机进行三遍测量，而ASTM E402中只规定试验机进行两遍测量。 我国JJG1391999中，对0.5级试验机有将测力仪进行转位的规定，ISO75001中对各级试验机都需转位，而ASTM E402对此则没有规定。 除此之外，ASTM E402对硬度计、摆锤式试验机、蠕变及持久试验机的力值校准程序都作了规定。 4.3检定校准时的环境条件JJG1391999规定:温度范围1035，相对湿度不大于80%，试验检定过程中温度变化不大于2;ISO75001规定:温度范围1035，校准过程中，测力仪的温度应稳定在2以内;ASTM E402规定:使用标准测力仪进行校准
7、之前，将测力仪在检定地点放置足够长时间，测力仪温度变化在1以内。 4.4校准周期我国JJG1391999和ISO75001都规定试验机的校准周期不超过12个月，ASTM E402规定的试验机校准周期不超过18个月，符合两国的惯例。 5结论以上介绍的国外试验机标准，被国际许多著名的校准实验室同时采用。 我们的日常检定中，只有严格按JJG1391999的规定执行，才能够出具检定证书。 根据试验机的技术指标，对20%量程以下进行测量，只能出具校准或检测证书，测量点的选取参照ISO75001比较合适。 ASTM E402中规定的测量点无法与我们标准测力仪的校准点一致，但是对现在的自动量程的试验机的校准会有一些帮助。 ISO75001对于0.5级以下的试验机，根据试验，在每遍测量前将标准测力仪进行转位，对测量结果基本上没有什么影响。 JJG1391999中检定0.5级试验机使用0.1级测力仪，且对试验机的旋转进(下转第36页)36误差与不确定度xx年第28卷第2期设u15u15=0.2，则其自由度为15=12。 3.1.16其它因素的影响振动测试系统中的导线连接和接地回路往往被人们所忽视，其实，
8、它们会严重影响测试结果。 传感器的输出与连接导线之间、导线与放大器之间的插头连接，测试系统的每一个接插件和开关的连接，都应保证处于良好的工作状态。 有时会因为接触不良，产生寄生的振动波形，有时使得测试数据忽大忽小，在一次性测试中，这些误差很难被发现。 不良的接地或不合适的接地点，会给测试系统带来极大的电气干扰，同样会使测试数据受到严重的影响。 对于现场振动测试，整个测试系统要保证有一个良好的接地点，接地点最好设置在放大器或记录仪器上。 压电型测振系统，还存在连接电缆的噪声问题。 这些噪声既可能由电缆的机械运动引起，也可能由接地回路效应的电感应和噪声引起。 机械上引起的噪声是由摩擦生电效应(或称为“颤动噪声”)产生，它是由于连接电缆的拉伸、压缩和动态弯曲引起的电缆电容变化和摩擦引起的电荷变化产生的，这种情况容易发生低频干扰。 因此，传感器的输出电缆尽可能牢固地夹紧，不要使其摆动。 另外在测量极低频率和极低振级的振动时，经常会产生温度的干扰效应。 还有防潮问题，传感器本体到接头的绝缘电阻，会受潮气和进水作用而大大降低绝缘性能，从而会严重地影响测试。 在测试中，注意环境和人员等因数的影响，可
9、减小其引入的不确定度，此项不确定度分量可近似为零。 3.2合成标准不确定度和扩展不确定度因引入各不确定度分量的因素相互独立，互不相关，则合成标准不确定度为u c=15i=1u2槡i=14%有效自由度为eff，有eff=u4c15i=1u4ii=66取p=0.95，eff=66，查t分布表得k p=t95 (66)2，则扩展不确定度为U p=k pu c=28%4小结振动能量流测量理论的工程应用建模并不完全真实地反映管壁传播的总能量，通过测量有关参数所计算出的总能量与实际的能量有偏差。 利用有限差分法求解工程振动问题实际上就是根据导数的定义来近似求解微分方程，用工程上一个相对很小的量来代替数学上的无穷小，从而用小范围内的几个点的空间平均来表示其中一点的运动特征，有限差分将带来一定的理论上的不确定性;传感器的布置位置和方向选择不当，会对能量流的测量结果造成误差;传感器的参考灵敏度、幅值线性、幅频特性等对测量产生影响;通道一致性对测量结果也有相当于大的影响;振动能量波的失真、能量传播及分布的非均匀性、介质、振动测试系统中的导线连接和接地回路、连接电缆的噪声等问题都不容忽视。 影响振动能量流测量的因素很多，要全面了解和分析被测对象振动信号的规律，必须事先对测试对象的结构、受力、工作环境、动态响
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