计量装置及应用
MEASUREMENT EQU IPM ENT AND APPLICAT ION
www.grain17.com
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)
[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。
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
。
1
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
[收稿日期]2006-05-10 [修订日期]2007-03-131
M EASUREMENT EQUIPM 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 +bX 2+cX 3
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:
34
a 2X 2i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i
452a 2X 3i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i 563a 2X 4i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i
计量装置及应用
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u 1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
1234
测量值/mm[***********]011311
测量次数
567
测量值/mm [***********]
#
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 [***********][***********][1**********]0
进程/mm
[***********][***********][***********]2
回程/mm
[***********][***********][1**********]67{
进回程相对误差/%
[***********]110011000
算术平均值的实验标准偏差:
u 1=s n /
=01002%
(2) 标准测力机的不确定度引入的标准不确定度分量u 2
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:
u 2=0103%/2158=01012%
(3) 标准测力仪回零差引入的标准不确定度分量u 3, 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
u 3=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u 4, 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。
#
由表1中数据可知:回零差Z r [? 0110%, 重
计量装置及应用
u 4=0102%/2/3=01006%412 合成标准不确定度u c
因为各分量独立不相关, 所以
u c =
u 1+u 2+u 3+u 4=01041%
MEASUREMENT EQU IPM ENT AND APPLICAT ION 零差(%F #S) , R 为重复性(%) , S b 为长期稳定
度(%) (一般为一年) , H 为滞后(%) 。
表4 测力仪的特性(GB/T13634) 2000)
再现性b /%[**************]0
重复性b c /%[**************]20
零点f 0/%? 01012? 01025? 01050? 0110
进回程差V /%[**************]0
下限变形示值r /L m [**************]
级别
413 扩展不确定度U
取p =95%时k =2
U =ku c =2@01041%=0109%
即力值F =98N 时, U =0109%(k =2) 。
000512
5 结语
HR ) 1500型测力仪检定结果各项技术指标均符合GB/T 13634) 20005试验机检验用测力仪的校准6标准中1级的要求。优于JJG144) 925标准测力仪6检定规程中012级的要求(参看表3、表4) , 具有良好的计量学特性, 均能满足GB/T23012) 2000或JJG112) 2003的要求。本测力仪还可用于其他形式力值的检测, 圆满完成此项科研项目(本测力仪已申请国家专利) 。
表3 012级标准测力仪的技术要求(JJG144) 92)
级 别012
X i /N 1000r
Z r/%? 0110
R /%0120
S b /%0120
H /%0130
注:r 为最小分辨率(最小有效指示单位N 或L m) 。
[参考文献]
[1]JJG 112) 92, 金属洛氏硬度计[S].
[2]JJG 152) 92, 金属表面洛氏硬度计[S].[3]JJG 144) 92, 标准测力仪[S].
[4]G B/T 13634) 2000, 试验机检验用测力仪的校准[S]. [5]GB/T 23012) 2002, 金属洛氏硬度试验第2部分:硬度
计的校验与校准[S].
[6]JJG 112) 2003, 金属洛氏硬度计[S].
[7]国际标准ISO 376:2004, 金属材料) 单轴试验机检验用
测力仪的校准[S].
[编辑:邓茂焕]
表3中:X i 为下限变形示值, N; r 为指示装置的分辨力(最小有效指示单位, N 或L m ) , Z r 为回
http://www.grain17.com/yq_class/yq_271_1.html
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计量装置及应用
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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)
[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。
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
。
1
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
[收稿日期]2006-05-10 [修订日期]2007-03-131
M EASUREMENT EQUIPM 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 +bX 2+cX 3
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:
34
a 2X 2i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i
452a 2X 3i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i 563a 2X 4i +b 2X i +c 2X i =2X i Y i
计量装置及应用
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u 1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
1234
测量值/mm[***********]011311
测量次数
567
测量值/mm [***********]
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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 [***********][***********][1**********]0
进程/mm
[***********][***********][***********]2
回程/mm
[***********][***********][1**********]67{
进回程相对误差/%
[***********]110011000
算术平均值的实验标准偏差:
u 1=s n /
=01002%
(2) 标准测力机的不确定度引入的标准不确定度分量u 2
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:
u 2=0103%/2158=01012%
(3) 标准测力仪回零差引入的标准不确定度分量u 3, 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
u 3=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u 4, 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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由表1中数据可知:回零差Z r [? 0110%, 重
计量装置及应用
u 4=0102%/2/3=01006%412 合成标准不确定度u c
因为各分量独立不相关, 所以
u c =
u 1+u 2+u 3+u 4=01041%
MEASUREMENT EQU IPM ENT AND APPLICAT ION 零差(%F #S) , R 为重复性(%) , S b 为长期稳定
度(%) (一般为一年) , H 为滞后(%) 。
表4 测力仪的特性(GB/T13634) 2000)
再现性b /%[**************]0
重复性b c /%[**************]20
零点f 0/%? 01012? 01025? 01050? 0110
进回程差V /%[**************]0
下限变形示值r /L m [**************]
级别
413 扩展不确定度U
取p =95%时k =2
U =ku c =2@01041%=0109%
即力值F =98N 时, U =0109%(k =2) 。
000512
5 结语
HR ) 1500型测力仪检定结果各项技术指标均符合GB/T 13634) 20005试验机检验用测力仪的校准6标准中1级的要求。优于JJG144) 925标准测力仪6检定规程中012级的要求(参看表3、表4) , 具有良好的计量学特性, 均能满足GB/T23012) 2000或JJG112) 2003的要求。本测力仪还可用于其他形式力值的检测, 圆满完成此项科研项目(本测力仪已申请国家专利) 。
表3 012级标准测力仪的技术要求(JJG144) 92)
级 别012
X i /N 1000r
Z r/%? 0110
R /%0120
S b /%0120
H /%0130
注:r 为最小分辨率(最小有效指示单位N 或L m) 。
[参考文献]
[1]JJG 112) 92, 金属洛氏硬度计[S].
[2]JJG 152) 92, 金属表面洛氏硬度计[S].[3]JJG 144) 92, 标准测力仪[S].
[4]G B/T 13634) 2000, 试验机检验用测力仪的校准[S]. [5]GB/T 23012) 2002, 金属洛氏硬度试验第2部分:硬度
计的校验与校准[S].
[6]JJG 112) 2003, 金属洛氏硬度计[S].
[7]国际标准ISO 376:2004, 金属材料) 单轴试验机检验用
测力仪的校准[S].
[编辑:邓茂焕]
表3中:X i 为下限变形示值, N; r 为指示装置的分辨力(最小有效指示单位, N 或L m ) , Z r 为回
http://www.grain17.com/yq_class/yq_271_1.html
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