用于特种设备检验的推拉力计校准装置设计

用于特种设备检验的推拉力计校准装置设计
发布时间：2023-07-11T05:49:25.951Z 来源：《科技潮》2023年12期作者：黄沛
[导读] 所谓推拉力计，主要指的是一种用于推（压）力及拉力测试的力学测量仪器，推拉力计的种类较为多样，主要包括指针式推拉力计、数显式推拉力计等，不同种类的推拉力计对应的校准装置也是存在一定的差异的，尤其是用于特种设备检测的推拉力计校准装置，对于装置的制作材料、应用等级、推拉标准的设定均是较为严格的。

河南省特种设备检验技术研究院河南省开封市 475000
摘要：当前计量实验室没有专门的测量装置用于推拉力计的检定/校准，工作测力仪检定规程中也未针对这类仪器的检定方法作详细说明，可能会存在一定的校准误差。

为此项目编号为2022sj119的《一种推拉力计校准装置的研制》项目提出对用于特种设备检验检测领域的推拉力计校准装置设计。

结合当前的校准需求及标准，先进行标准器设置以及校准点位标记，采用多目标的形式，扩大检定/校准的范围，完成推（压）力多目标检定/校准，以此为基础，设计装置结构及配套装置，采用不确定度测算实现推拉力计校准装置构建。

测试结果表明：对比于传统反拉法推拉力计校准装置，本文设计的推拉力计校准装置针对性更强，校准的误差更加可控，可提高推拉力计的校准效率，具有实际的应用价值。

关键词：特种设备；推拉力计；校准装置；装置设计；
中图分类号：O313 文献标识码：A
引言
所谓推拉力计，主要指的是一种用于推（压）力及拉力测试的力学测量仪器，推拉力计的种类较为多样，主要包括指针式推拉力计、数显式推拉力计等，不同种类的推拉力计对应的校准装置也是存在一定的差异的，尤其是用于特种设备检测的推拉力计校准装置，对于装置的制作材料、应用等级、推拉标准的设定均是较为严格的。

初始的推拉力计校准装置设计形式多为单向的，如参考文献：[1]和文献[2]提出的反拉法推拉力计校准装置，这一类的设计形式虽然可以实现预期的校准处理任务，但是常常受到外部环境以及特定因素的影响，导致最终对于推拉力计检校结果出现误差[3]。

不仅如此，单一固化的校准设计结构在实际应用的过程中效率也是较低的，容易阻碍关联任务的执行与处理，对于特种设备领域产品的检验质量也难以达到预期的标准[4]。

为解决这一问题，本文设计一种针对特种设备检验的推拉力计校准装置设计，并对其应用性能进行验证分析。

考虑到当前测试结果的真实性与可靠性，选定较为真实的背景作为研究对象，结合此时特种设备检验的具体要求以及比对标准，设计更加灵活、便捷的检校结构，从多个角度实现对校准装置的设计及搭接，为后续相关技术的发展和创新奠定夯实基础[5]。

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1 特种设备检验用推拉力计的校准装置设计背景
推拉力计是一种用于推力及拉力测试的力学测量仪器，具有体积小、重量轻、易携带、准确度高等特点，广泛应用于拉、压力及张力的测量。

推拉力计适用于特种设备检验检测中的多种领域，例如：电梯、升降机的钢丝绳张力测量、电梯厅门强度测试等项目中起到重要作用，并且适用于轻工纺织、建筑五金、渔具、动力机械、科研机构等多种行业的推拉负荷力测试。

一台电梯的曳引钢丝绳数量一般都是4根以上，由于电梯安装时钢丝绳的基础静态张力不一致和电梯投入使用一段时间后各钢丝绳结构性伸长不一致等方面的原因导致钢丝绳的张力不均匀。

在电梯运行过程中，钢丝绳张力不均匀会导致电梯曳引能力的下降，容易使电梯出现振动、溜车、轿厢意外移动、电梯冲顶和蹲底等安全事故，对乘客生命安全造成巨大威胁。

因此，为了保证电梯足够的安全系数，需要在电梯安装、日常维护和检验过程中，对钢丝绳张力不均匀程度进行检查。

目前在检验现场广泛应用的电梯钢丝绳张力测试方法均为“直尺+推拉力计法”，该方法操作简便、工具简单，能够快速发现不符合安装要求的钢丝绳，从而进行调试。

但是现阶段针对推拉力计的校准，却没有相应的校准规范，都是参照工作测力仪检定规程进行检定/校准。

一般计量实验室没有专门的测量装置，工作测力仪检定规程中也未针对这类仪器的检定方法作详细说明，校准机构普遍使用标准砝码进行拉力示值误差进行校准，而对推力的校准没有统一标准，最为常见的是使用试验机配标准测力仪，该方法准确度高，但设备价格昂贵，且只能校准测量范围较大的推
拉力计，校准推拉力计时安装繁琐，因为试验机夹具不适用于推拉力计的固定，推拉力计的校准需要与水平垂直，而试验机的安装，包括夹具的安装，很难保证其受力方向，试验时会发生滑动导致推拉力计外壳的破损。

因此需要研制一种推拉力计校准装置，确保该装置操作使用方便、校准速度快，降低校准工作强度，满足实际应用需求。

2特种设备检验下推拉力计校准装置设计过程
2.1标准器设置
数显推拉力计原理：测力传感器主要应用电阻应变原理，敏感梁在外力作用下发生弹性变形，使粘贴在其表面上的电阻应变片随同产生变形，引起其阻值发生变化，而后经过相应的测量电路将电阻变化转换为电压信号。

将测力传感器输出的微弱电压信号经过变送器放大，转换为标准电压信号供数据采集卡读取。

通常情况下，输出电压值与拉力压力成线性比例关系。

其具有测量范围大、精度高、稳定性好的特点。

指针式推拉力计原理：其主部分是弯曲有弹性的钢片或螺旋形弹簧，当外力使弹性钢片或弹簧产生形变时，经过杠杆等传动机构带动指针转动，指针停在刻度盘上的地方，即为外力的数值。

用推拉力计竖直吊起物体，当推拉力计和物体均静止时，说明物体受平衡力，即重力与拉力是一对平衡力，大小是相等的。

物体对推拉力计的拉力与推拉力计对物体的拉力互为作用力与反作用力，大小相等。

所以读数就是被测物体的重力。

依据胡克定律，物体所受的弹性力可通过与弹性系数物体的弹性变形程度的乘积求得。

因此基于推拉力计的工作原理，本文设计的推拉力计校准装置采用精确位移控制技术和传感测量技术，以提高推拉力计校准的速度和精度。

本文设计的校准装置由机架、升降装置、推拉力计固定部件、调平装置、标准测力砝码、力传感器、力值显示部件等部分组成。

在机架上加装标准器（标准测力砝码、标准测力仪），通过推拉力计校准装置对推拉力计产生相应的拉（压）力，由标准器测得量值经显示部件处理得到标准拉（压）力值，将标准拉（压）力调整至所需的校准点值，将被校推拉力计固定在夹具上读取相应力值，比较推拉力计读数值与装置所施加的标准力值，经一系列校准点数值设定与校准，可以给出被校准张力测试仪的相应数据。

2.2装置结构及配套装置设计
实现对推（压）力多检定（校准）点的检校之后，基本上可以确定所设计的推拉力计处于较稳定的状态，确保后续检校结果的真实性与稳定性。

可结合推拉力计的使用需求，构建装置结构及配套装置。

本文设计的推拉力计的装置结构主要包括以下几个部分，分别是校准装置的总体结构设计、机架结构设计、升降装置安装设计、推拉力计固定部件结构设计、装置调平装置结构设计等，综合上述的设计基础，进行单元装置结构的设计，具体如下图1所示：
根据图1，完成对装置结构的设计与实践应用，以此为基础，设计推拉力计校准装置的辅助配套装置，具体可以划分为以下部分，分别是力传感器选型设计、力值显示部件选型设计。

结合装置，进行校准装置技术指标的设置调整，具体如下表1所示：
表1 装置技术指标一览表
根据表1，针对上述的结构，依据推拉力计的检校标准，采用多点检校的方式确认最终的检校结果。

但需要注意的是，当前的检校环节与设备的种类、用途、状态均存在最为直接的影响，因此在合理的区域之内，尽量扩大真实范围，最大程度消除存在的误差，可以为检校工作的执行提供参考。

2.3 装置结构
结合上述设计需求，推拉力计校准装置具体的结构如下图2所示：
图2 推拉力计校准装置构图示
该装置底板的上表面分别固定连接有两个滑杆，连接有安装面板，安装面板的正面固定连接有托板，托板上针对不同型号的推拉力计设置有安装孔，推拉力计可以牢固的安装在安装面板上，通过旋钮带动移动横梁上下位移，给标准测力仪和推拉力计施加一个拉力或压力来检校推拉力。

但是该装置通过采用旋转螺纹丝杆来移动固定架将推拉力计固定，在对拉力进行检校时，横梁向上移动，会使推拉力计受到一个向上的作用力，在对推力进行检校时，横梁向上下移动，会使推拉力计受到一个向下的作用力，而固定架在水平方向给推拉力计夹持力，避免了传统方法中检校推拉力计时安装繁琐、推拉力计与标准测力仪受力方向不一致等问题。

结束语
综上所述，便是对用于特种设备检验的推拉力计校准装置的设计以及实践分析。

与初始的推拉力计校准装置设计结构相比对，此次综合结构设计的合理化以及检校结果的可靠性为基础，所构建的推拉力计校准装置设计结构相对更加便捷、高效，具有更强的针对性与稳定性，在复杂的背景环境之下也可以最大程度控制存在的检校误差。

此外，结合特种设备检验标准的变化，适当合理调整校准装置的覆盖范围，满足更大量程、更多准确度等级的推拉力计的溯源需求，并填补了该领域研究空白，具有较高的实用价值和广阔的市场前景。

参考文献：
[1]左睿奇，李博，杨军，等.纤维动态张力校准装置设计与测量模型验证[J].航天器环境工程，2023，40（02）：155-161.
[2]高科.基于反拉法的锚下有效预应力检测仪校准装置系统设计[J].机械工业标准化与质量，2022（11）：29-32.
[3]高建卓，陈龙，汪宁溪，等.基于响应面法的弹簧冲击器校准装置冲击端优化设计[J].计量科学与技术，2022，66（09）：40-46.
[4]姚进.气体减压器校准装置设计与校准方法研究[J].工业技术创新，2022，9（04）：55-62.
[5]朱颖，郑博文，盛俞汇，等.基于LabVIEW的超声液位计现场校准装置设计[J].仪器仪表标准化与计量，2022（04）：43-45.。