1000kN液压式万能试验机示值测量结果不确定度与校准方法的研究

刘洪亮

摘 要：通常在对金属或是非金属等材料、制品进行拉伸、弯曲等处理时会选择使用液压式万能试验机。其本身具有较高的精准性且操作便捷，但因试验机复杂性和专业性也相对较高，因此检定人员一旦出现操作不当或是缺乏对试验机内部结构的了解，则极有可能导致试验机示值测量结果出现误差。因而本文将选择以1000kN液压式万能试验机为例，重点对其示值测量结果的不确定度和校准方法进行简要分析研究。

关键词：1000kN液压式万能试验机；示值测量；不确定度；校准方法

引言：一般液压式万能试验机的主要组成包括加力和测量系统以及安全保护装置等等，其通过液压方式施加力值用于对被测材料或制品的力学性能参数进行精准测定。为保障研究的精准性，在评定1000kN液压式万能试验机示值测量结果不确定度的过程中，本文将严格参照国家制定的JJG139-1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》。在试验机当中将对应着测量点的负荷施加在标准力值上，从而准确获得对应标准力值的试验机负荷示值。最后采用算术平均法求取最终测量点相对示值误差，并针对试验机示值测量结果误差提出相应的校准方法。

一、1000kN液压式万能试验机示值测量结果不确定度

（一）环境条件与被测对象

通常评定1000kN液压式万能试验机示值测量误差不确定度，需要将温度控制在10到35℃之间，保障温度波动度始终控制在每小时2℃以内，相对湿度不超过80%。作为被测对象的1000kN液压式万能试验机，其试验力测量范围在2%到100%FS之间，允许的示值误差最大值为±1%。采用0.3级标准测力仪作为计量标准器，其相对扩展不确定度和稳定度分别为0.15%与±0.3%。

（二）数学模型与的建立

如果以试验机度盘刻度示值为准，则在读取测力仪数值时，需要使用如下公式计算示值结果不确定度：

在这一公式当中液压试验机与测力计的示值误差和定度示值分别用 δ以及F1表示，F2表示的就是此时测力仪显示的具体读数。k与△t1则分别表示标准测力仪的温度修正系数以及试验机在定度和校准状态下的温度差。

如果以标准测力仪示值为准，则在读取试验机数值时，需要使用如下公式计算示值结果不确定度：

在上述公式當中，标准试验机同测力计的示值误差和定度示值分别用δ以及F11表示，F12表示的就是此时试验机显示的具体读数。k1与△t11分别表示标准测力仪的温度修正系数及其在定度状态下和试验机校准状态下的温度差。

（三）试验机重复引入输入量F的标准不确定度估算

在对试验机重复性引入输入量F的标准不确定度进行估算时，选择对被检测对象即1000kN液压式万能试验机使用A类方法，其测量点为20%的满量程，连续十次进行测量后，得到10次检定值（kN）分别为200.2、200.8、200.8、200.6、200.2、200.4、200、200.4以及200.1和200.8，在采用算术平均法后计算示值均值，可知其平均值为200.15kN。则单次测量标准差为：

通过代入数值至相关计算公式可知其不确定分量值为0.1kN，自由度为10-1=9。

（四）标准测力仪引起输入量F的标准不确定度估算

在估算标准测力仪引起输入量F的标准不确定度时，通过参考相应的检定证书即可得知其包含因子k的值为1.98，相对扩展不确定度U95与年稳定度的值分别为0.15%和±0.3%[1]。在假设其分布均匀的情况下，令包含因子取值为 ，此时当测量点为200kN时，标准测力仪引起输入量F的标准不确定度值应当为 ，此时其自由度应当为50。

（五）合成标准不确定度与扩展不确定度的估算

根据前文获得的相关计算值，可知合成标准不确定度应当为试验机重复引入输入量F的标准不确定度的平方与标准测力仪引起输入量F的标准不确定度的平方之和，再进行平方根计算后的值即为0.27kN。在包含因子k取值为2时，扩展不确定度为 。

二、1000kN液压式万能试验机校准方法分析

（一）校准度盘示值误差正反方向

1.校准正误差

当度盘示值为正误差的情况下，在对1000kN液压式万能试验机进行校准的过程中，首先需要在油缸外圆位置处平稳放置框式水平仪，要求其刻度值保持为0.02 ，在沿着机座的横向位置与纵向位置进行找平之后令铅锤度始终控制在0.1 以内。随后需要适当调整上工作台导向滑轮位置，避免其同导轨出现摩擦。紧固短臂刀刃后进行拉力试验，确保测力计始终紧靠试验机。此时随着短臂半径长度的不断增大，拉杆刀座将沿该方向发生倾斜，以此有效校准度盘示值正误差。

2.校准负误差

如果实际示值误差明显大于试验结果，则表面此时存在示值负误差。因而在校准试验机时，工作人员首先需要科学评定试验机的整体外观，一旦发现机构部分或是测力油缸存在诸多污垢，则需要立即对其进行清洗，在擦拭干净后重新进行正确安装。对出现损伤的刀垫与刀刃进行及时更换[2]。如果此时误差仍然存在，则校准人员可以手动将度盘指针推转至1/4位置处，而后上顶测力活塞，当拉板稳定性良好的情况下，将活塞松开使其逐渐缓慢下移，此时通过适当调整位于底座下方的垫铁保障活塞针尖位置与测力活塞座的窝完全对应即可。

（二）校准度盘示值误差递增偏差

1.校准前准备工作

如果液压式万能试验机示值误差存在递增偏差的情况，则在对其进行调整时，校准人员首先需要做好一系列校准前的准备工作。包括对标准测力仪进行安装和调试，对原始记录进行分类整理。在现场温度和标准测力仪定度温度存在差异的情况下，需要重新结合实际情况修正标准测力仪定度温度值。随后校准人员需要主动与试验机使用人员进行交流，掌握其实际运行情况，并全面检查试验机的整体外观，包括各路油管的连接状态、缓冲装置正常与否、工作台导轮是否紧靠立柱、位于紧固主动针位置处螺钉的紧固程度等等。

2.控制校准关键点

在实际对1000kN液压式万能试验机进行调试校准时，需要对下列关键点进行严格把控：（1）测力仪本身具有较高的精准度，且使用环境温度为室温，周围环境洁净干燥，无任何腐蚀性气体或是振动情况，测力仪标准器各项性能参数均与其证书完全对应。（2）在使用测力仪之前需要严格按照相关标准要求对其进行规范安装和相应调试，随后在被检仪器工作台中心位置处小心放置测力仪，此时施加力应当沿测力仪轴线作用[3]。（3）在正式进行测量前至少需要进行三次满负荷预压，要求回零差始终不超过0.2个分度。（4）在读数过程中需要使用木棒橡皮头端对表盘中心位置进行轻敲，将百分表当中的摩擦阻力影响全部消除，一旦指针不再摆动，则需要即可进行精准读数。（5）如果测力仪同被检仪器温度存在差异，则需要静置一段时间，使得二者温度值完全相同或是直接通过依照相关检定规程要求修正温度。

结束语：本文选择以1000kN液压式万能试验机为例，通过对其进行示值测量结果不确定分析，在运用相关计算公式下可知本文选择的试验机不确定度为0.17，kN，在包含因子取值为2时试验机扩展不确定度值为0.54。此外，针对试验机存在的度盘示值误差正反方向以及递增误差情况，本文也提出了相应的校准方式。但在实际校准时，工作人员也需要主动与试验机使用者进行沟通，结合试验机的具体使用状态再选择与之相对应的方式进行校准，从而有效保障试验机校准效果。

参考文献：

[1]JJG139-2014，拉力、压力和万能试验机检定规程[S]. 北京：中国计量出版社，2014.

[2]崔立斌. WE型液压式万能试验机准确度调整方法[J]. 中国计量， 2016（4）：101-102.

[3]黄志勇. 浅谈液压式万能试验机示值误差递增偏差的校准方法[J]. 计量与测试技术，2017， 44（5）：67-68.