用于检定洛氏硬度计的数字式1级标准测力仪

用于检定洛氏硬度计的数字式1级标准测力仪

董鲁邑,张海涛,郭 敏,练锦华

(国防科工委1301校准实验室,吉林吉林 132021)

[收稿日期]2006-05-10 [修订日期]2007-03-13[摘 要]文章主要介绍一种用于检定洛氏硬度计、表面洛氏硬度计、维氏硬度计等硬度计总试验力的数字式1级标准测力仪。

[关键词]测力仪;检验;硬度计

按国家标准GB/T23012)20025金属洛氏硬度试验第二部分:硬度计的校验与校准6中关于总试验力检定要求,总试验力检定用的测力仪须采用GB/T13634)20005试验机检验用测力仪的校准6中的1级,它相当于JJG112)19925金属洛氏硬度计6检定规程中的012级。由于过去没有这种测力仪,此项检定工作就一直没有正式开展,为此立项研制检定硬度计用的数字式1级标准测力仪,以填补此项空白。测力仪的有效量程可检定洛氏硬度计的A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 、K 、N 、T 全部标尺的总试验力。

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结构原理

检定硬度计用的数字式1级标准测力仪(以下简称1级测力仪)的外形见图1,它由:压盖(1)、钢珠(2)、测力元件(3)、位移传感器(4)、与应力成比例应变量由装在底座(5)中的位移给测力元件(3),测力元件(3)在应力的作用下产生应变。按胡

克定理:在弹性范围内应变传底座(5)、数字测力仪(6)等组成。检定时试验力F 作用在压盖(1)上,通过钢珠(2)位移传感器(4)测量后输给数字测力仪(6)。数字测力仪(6)具有放大、应变应力转换、峰值保持、打印等功能,并有计算机接口。检定结果除了以数字显示应变值外,还可以直接显示力值。

测力仪弹性元件,选用高强度弹簧钢60Si 2Mn 制造,热处理后的硬度为HRC40~45。

2 光栅数显测力仪

测力仪的测量装置采用光栅数显测力仪。它由光栅位移传感器和数显测力仪组成。光栅数显测力仪集光、机、电、算于一体,采用计量光栅作为长度基准,测量精度高、响应速度快、稳定可靠、使用方便。系统流程见图2

。

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124#Industrial Measurement 2007Supplementary Issue 1

计量装置及应用

MEASUREMENT EQU IPM ENT AND APPLICAT ION

211主要技术参数

量程:0~10mm

分辨力:010002mm

准确度:01001mm

力值替换误差:优于?0120%

212位移值与力值的转换

位移值与力值的转换由最小二乘法拟合的曲线完成,数学模型如下:

Y=aX+bX2+cX3

式中:X为力值,N;Y为位移值,L m;a、b、c 为经验常数。

对于不同的测力元件该经验公式的常数a、b、c的数值有所不同,可根据最小二乘法原理求出。由标定测力元件时测得的n组标准力值与对应的位移值(通常n\5,且n[10),可得三元一次方程组: a2X2i+b2X3i+c2X4i=2X i Y i

a2X3i+b2X4i+c2X5i=2X2i Y i

a2X4i+b2X5i+c2X6i=2X3i Y i

求解该方程组即可求出经验公式中的常系数a、b、c的解。

为了克服手工计算力值转换公式中常系数的繁琐,仪器内部设有自动标定处理程序,按说明书规定进行操作即可完成力值的替换。

光栅数显测力仪还可用在不同型号的测力仪上。3校准

HR)1500型测力仪在计量院生产的静重式6000N力标准机上进行标定,力标准机的不确定度0103%。

型号:H R)1500

编号:1502

检定温度:20e

检定日期:2005年4月29日

表1检定记录表

力值/N进程/mm回程/mm 进回程相对误差/%

0000 981070113110113130120 147110119700119720110 196120126160126190110 294120139340139380110 441130159050159110110 588140178780178850110 980171131351131360 1176181157671157670 147110119712{

由表1中数据可知:回零差Z r[?0110%,重复性R[012%,进回程相对误差V[013%。测力仪的有效量程可覆盖洛氏硬度A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺所使用的总试验力F和维氏硬度的负荷。

洛氏硬度负荷:58814N、98017N、147110N

表面洛氏硬度负荷:14711N、29412N、44113N

维氏硬度负荷:98107N、19611N、29412N、117618N

采用放大功能后量程还可以增加:29142N和49104N两点。

4装置的不确定度

按照我国国家检定规程5JJG144)1992标准测力仪6要求,用标准测力机作为标准,用比较法进行检定校准,即得到测量值。

411标准不确定度来源及计算

影响标准测力仪的标准不确定度有如下因素:

(1)测力仪的重复性引入的标准不确定度分量u1

按A类评定,在标准测力机上对编号502#的测力仪加载98N,连续进行7次测量,结果如下(见表2):

表2重复性测试数据表

测量次数测量值/mm测量次数测量值/mm 10113105011310

20113116011310

30113107011310

4011311

算术平均值的实验标准偏差:

u1=s n/n=01002%

(2)标准测力机的不确定度引入的标准不确定度分量u2

标准测力机的不确定度检定证书给出精度0103%,其概率正态分布,包含因子k=2158,按B 类评定:

u2=0103%/2158=01012%

(3)标准测力仪回零差引入的标准不确定度分量u3,按B类评定:

检定规程规定?0110%,其概率正态分布,取包含因子k=2158

u3=0110%/2158=01039%

(4)标准测力仪的数显装置的分辨力引入的标准不确定度分量u4,按B类评定

数显装置的分辨力按说明书为0102%,按均匀

分布取包含因子k=3。

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工业计量2007年增刊1

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