一、前言
根據(jù)國(guó)家有關(guān)計(jì)量檢定規(guī)程的規(guī)定，拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)的力值檢定，可選擇使用不同規(guī)格和等級(jí)的力標(biāo)準(zhǔn)器，其結(jié)構(gòu)形式主要有3種(見表1)。
<CTSM>表1適用于不同測(cè)量范圍的力標(biāo)準(zhǔn)器形式</CTSM>
其中，力值砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器，具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、方便的優(yōu)點(diǎn)，但存在不易大量攜帶，無法改變力作用方向的先天缺陷；百分表式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀雖然量程寬廣、攜帶方便，但也存在溫度影響較大、讀數(shù)不直觀的弊??；數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀是近年來計(jì)量人員廣泛采用的力標(biāo)準(zhǔn)器之一，不但量程寬廣，而且方便攜帶、單人操作、讀數(shù)直觀，但經(jīng)仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)直接讀數(shù)是影響測(cè)量結(jié)果的直接原因。
為此，本文針對(duì)目前已廣泛采用的數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀進(jìn)行分析研究，找出數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀容易產(chǎn)生的影響測(cè)量結(jié)果的成因。
二、數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀
無論是根據(jù)JJG139-1999《拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)》檢定規(guī)程，還是依據(jù)JJG157-2008《非金屬拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)》檢定規(guī)程，試驗(yàn)機(jī)力值示值相對(duì)誤差的檢定可采用以下兩種方法進(jìn)行:
1.以試驗(yàn)機(jī)指示值為準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀上讀數(shù)時(shí)，按式(1)計(jì)算試驗(yàn)機(jī)力值的示值相對(duì)誤差:
式中:D——標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定證書上對(duì)應(yīng)檢定點(diǎn)的進(jìn)程示值；
——進(jìn)程檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀在檢定點(diǎn)的3次示值的算術(shù)平均值。
2.以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定證書上對(duì)應(yīng)檢定點(diǎn)的進(jìn)程示值為準(zhǔn)，在試驗(yàn)機(jī)指示裝置上讀數(shù)時(shí)按式(2)計(jì)算試驗(yàn)機(jī)的示值相對(duì)誤差:
式中:F——與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定證書上進(jìn)程示值對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)力；
——在檢定點(diǎn)試驗(yàn)機(jī)3次示值的算術(shù)平均值。
根據(jù)JJG144-2007《標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀》檢定規(guī)程，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定證書上給出的結(jié)果主要為對(duì)應(yīng)各力值檢定點(diǎn)的進(jìn)程示值及其重復(fù)性指標(biāo)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性指標(biāo)。
當(dāng)采用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀為數(shù)顯式的，且計(jì)量單位為相應(yīng)力值單位N或kN或MN時(shí)，無論采用哪種方法檢定試驗(yàn)機(jī)，均易出現(xiàn)下述錯(cuò)誤，下面分別結(jié)合兩種方法分析說明。
(1)已知規(guī)格為300kN的0.3級(jí)數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀證書上給出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為D，用第一種方法檢定同樣規(guī)格的1級(jí)試驗(yàn)機(jī)得到的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀3次示值的算術(shù)平均值
，如表2所示。
<CTSM>表2標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀示值</CTSM>
可以看出，表2中的相對(duì)誤差1是根據(jù)式(1)計(jì)算的正確結(jié)果。但是在實(shí)際檢定過程中，檢定員為了方便，往往將數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的示值當(dāng)作真值使用，例如將數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的示值30.00kN當(dāng)作真值30.00kN使用，而不是將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定證書上對(duì)應(yīng)檢定負(fù)荷的進(jìn)程示值30.08kN作為真值30.00kN使用。相對(duì)誤差2就是將各檢定點(diǎn)負(fù)荷當(dāng)作真值使用，根據(jù)測(cè)力儀的示值
，按照式(1)進(jìn)行了錯(cuò)誤計(jì)算，并由此得出試驗(yàn)機(jī)檢定結(jié)果在某些檢測(cè)點(diǎn)(帶*的點(diǎn))不合格的結(jié)論。
(2)表3是以標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的標(biāo)準(zhǔn)值為準(zhǔn)，在試驗(yàn)機(jī)指示裝置上讀數(shù)時(shí)按式(2)計(jì)算的試驗(yàn)機(jī)示值相對(duì)誤差。
<CTSM>表3試驗(yàn)機(jī)示值</CTSM>
其中，示值均值1是嚴(yán)格按照測(cè)力儀的標(biāo)準(zhǔn)值D測(cè)得的試驗(yàn)機(jī)示值，并根據(jù)式(2)正確計(jì)算了相對(duì)誤差1。示值均值2則是將各檢定點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的顯示力值當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)值D時(shí)，并據(jù)此為準(zhǔn)，在試驗(yàn)機(jī)指示裝置上獲取讀數(shù)示值，并根據(jù)式(2)進(jìn)行的錯(cuò)誤計(jì)算。
比較表1和表2中的數(shù)據(jù)，明顯可以看出對(duì)同一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)，采用規(guī)程規(guī)定的兩種方法進(jìn)行檢定，其相對(duì)誤差1是一樣的。當(dāng)理所當(dāng)然地將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀各檢定點(diǎn)顯示力值當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)值D時(shí)，同樣按照規(guī)程規(guī)定的兩種方法進(jìn)行檢定，其相對(duì)誤差2也是一樣的。
三、根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果得到的推論
1.對(duì)同一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)，且假設(shè)不存在重復(fù)性相對(duì)誤差，按照規(guī)程規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)力值示值相對(duì)誤差的檢定無論采用哪種方法進(jìn)行，其檢定結(jié)果(相對(duì)誤差1)是相同的，甚至錯(cuò)誤采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的顯示值作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程示值后所得錯(cuò)誤結(jié)果(相對(duì)誤差2)也是一樣的?？梢姡?guī)程規(guī)定的兩種檢定方法是正確的。
2.當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀直接顯示力值時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是讀數(shù)直觀、方便計(jì)算。在其示值重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性均符合要求，示值誤差不為零的情況下，也存在一定的誤導(dǎo)計(jì)量檢定人員將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀各檢定點(diǎn)顯示力值當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)值的弊端。
3.經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算，正確與錯(cuò)誤結(jié)果(各點(diǎn)相對(duì)誤差1與相對(duì)誤差2)之差正好是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀自身在各檢定點(diǎn)的相對(duì)誤差。
四、結(jié)果與討論
在負(fù)荷傳感器及測(cè)量?jī)x表技術(shù)相當(dāng)成熟的今天，拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)的檢定采用數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀作為力標(biāo)準(zhǔn)器已是大勢(shì)所趨。數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀不但可以直接顯示力值計(jì)量單位，方便直觀無需換算，更主要的是還能單人操作，提高工作效率。但需要注意的是，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)的示值誤差略超出±1%時(shí)，計(jì)量檢定人員千萬不能將數(shù)顯式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的顯示力值直接當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)示值使用，除非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀各點(diǎn)示值誤差為零。因?yàn)檫@時(shí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀自身力值誤差的引入會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)檢定結(jié)果產(chǎn)生本質(zhì)的差異。
