標(biāo)準(zhǔn)測力儀的結(jié)構(gòu)與工作原理
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計量是單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動。對材料試驗機進(jìn)行量值傳遞的上級標(biāo)準(zhǔn)器是標(biāo)準(zhǔn)測力儀，儀器計量特性的保持是材料試驗機準(zhǔn)確度的前提。

標(biāo)準(zhǔn)測力儀的計量特性主要指其準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性。

標(biāo)準(zhǔn)測力儀計量準(zhǔn)確度的主要通過周期檢定來實現(xiàn)，一般檢定周期為一年。穩(wěn)定性是指這一年內(nèi)保持計量準(zhǔn)確度的能力，這就需要實驗室制定內(nèi)部質(zhì)量控制程序、采取能力驗證活動。

由于標(biāo)準(zhǔn)測力儀的準(zhǔn)確度是通過規(guī)范的法定檢定來實現(xiàn)的，所以計量準(zhǔn)確度的前提的關(guān)鍵在于計量標(biāo)準(zhǔn)器的穩(wěn)定性考核。通常，對標(biāo)準(zhǔn)測力儀進(jìn)行穩(wěn)定性考核的工作也稱為“期間校驗”。

1、標(biāo)準(zhǔn)測力儀的結(jié)構(gòu)與工作原理

(1)標(biāo)準(zhǔn)測力儀的分類

常見的試驗機計量標(biāo)準(zhǔn)器有兩種，一種是百分表式標(biāo)準(zhǔn)測力儀，如圖2-1所示，另一種為傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀，如圖2-2所示。傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀既有壓向又有拉向的，其中量程較大的一般為壓向。百分表式標(biāo)準(zhǔn)測力儀多為壓向。

標(biāo)準(zhǔn)測力儀的分類

實際工作中，也可用壓向的傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀或百分表式標(biāo)準(zhǔn)測力儀測量拉力機，但這種情況下應(yīng)安裝反力架。

(2)百分表式標(biāo)準(zhǔn)測力儀的結(jié)構(gòu)

百分表式標(biāo)準(zhǔn)測力儀以百分表作為指示器，來測量環(huán)狀體在標(biāo)準(zhǔn)力作用下相應(yīng)的變形量，并傳遞力值的計量標(biāo)準(zhǔn)器。

彈性體中，標(biāo)膠多見的有適用于較小力值測量的圓形結(jié)構(gòu)和適宜較大力值測量的橢圓形結(jié)構(gòu)。另外，還有棱形、長盒形、梁形等結(jié)構(gòu)型式，彈性體的變形指示機構(gòu)一般是通過百分表測量，它又分為直讀式和杠桿放大式兩種。

(3)傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀的結(jié)構(gòu)

目前越來越多地用傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀作為力的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。它大的優(yōu)點是攜帶使用方便。傳感器式標(biāo)準(zhǔn)測力儀主要有測力傳感器和二次儀表兩部分組成，測力傳感器式提供與輸入的力值有確定關(guān)系的電量，二次儀表提供測力傳感器所需要的激勵電壓貨激勵頻率，并對測力傳感器輸出信號進(jìn)行處理、顯示和打印。

霧度計的儀器計量與儀器校準(zhǔn)的研究
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霧度計是用于測試透明、半透明樣品霧度的儀器，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)各個領(lǐng)域。在霧度計校準(zhǔn)過程中，有兩個關(guān)鍵性的參數(shù):霧度一透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比，用百分?jǐn)?shù)表示;透光率一透過試樣的光通量和射到試樣上的光通量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。

目前，霧度計的儀器校準(zhǔn)所依據(jù)的計量技術(shù)規(guī)范是JJF 1303-2011《霧度計校準(zhǔn)規(guī)范》，但在使用過程中往往會遇到一些函待解決的實際問題。我們針對JJF 1303中要求的校準(zhǔn)過程，并結(jié)合日常工作的應(yīng)用情況，提出3點值得深入探討的問題，以求相關(guān)人員共同研究與探討，從而使霧度測定儀的校準(zhǔn)能夠得到更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，量值傳遞的可靠性。

1、環(huán)境因素直接影響霧度值的測量結(jié)果

霧度標(biāo)準(zhǔn)片對所處環(huán)境，特別是溫度、相對濕度比較敏感，這是由霧度標(biāo)準(zhǔn)片的材質(zhì)和制造工藝決定的。霧度標(biāo)準(zhǔn)片在研制過程中，采用高分子有機材料作為基質(zhì)，均勻摻雜適量無明顯熒光特性的散光劑，經(jīng)過高溫、均勻性試驗等嚴(yán)格工藝過程制作而成叫。擦拭或摩擦霧度標(biāo)準(zhǔn)片，容易破壞表而分子結(jié)構(gòu)的排列，產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就造成了當(dāng)霧度標(biāo)準(zhǔn)片表而起霧時不可擦拭的現(xiàn)狀，從而對其進(jìn)行儀器校準(zhǔn)過程中所處的環(huán)境條件有一定的約束。

JJF 1303中給出的環(huán)境參考溫度為(23±5)℃，相對濕度≦80%，是一對比較寬泛的范圍值，而在實際校準(zhǔn)過程中，還有不少因素值得注意。為此，進(jìn)行了兩項實驗，分別模擬日常霧度值校準(zhǔn)的情況，以驗證環(huán)境因素對霧度值測量的影響及其程度。

1. 1高低溫差影響

當(dāng)校準(zhǔn)人員攜帶霧度標(biāo)準(zhǔn)片至校準(zhǔn)現(xiàn)場時，如果室外環(huán)境溫度和濕度相對于校準(zhǔn)現(xiàn)場內(nèi)環(huán)境的溫、濕度差別較大，霧度標(biāo)準(zhǔn)片表而易起霧。此時，讀取的霧度和透光率值會偏離正常值，直接導(dǎo)致判定的偏差。

取一臺測試結(jié)果計算重復(fù)性為0.034%的WUT-S透光率霧度測定儀，以室溫(20±1)℃、相對濕度60%為基準(zhǔn)，先測得整套(5片)霧度標(biāo)準(zhǔn)片相應(yīng)霧度實測值Hd，及透射比實測值t，得到組數(shù)據(jù)，如表1所示。保持室內(nèi)相對濕度60%不變，下而給出高低溫試驗的兩種情況分析。

情況1:保持環(huán)境濕度不變，將整套霧度標(biāo)準(zhǔn)片靜置于20℃(模擬上海地區(qū)冬天的室外溫度)恒溫恒濕箱中等溫20 min，取出后即在室溫20℃的恒溫試驗室中觀察霧度值的變化，得到第二組數(shù)據(jù)(見表1)。

霧度計的儀器計量分析表1

情況2:將此套霧度標(biāo)準(zhǔn)片靜置于40℃(模擬上海地區(qū)夏天的室外溫度)恒溫恒濕箱中等溫20min,取出后即在室溫20℃左右的恒溫試驗室中觀察霧度值的變化，得到第三組數(shù)據(jù)(見表1〕。

值得注意的是，將第二組實驗中測出霧度值為1.61的霧度標(biāo)準(zhǔn)片在20℃左右的實驗室中等溫30 min,測得其霧度值為1.50。

通過表1數(shù)據(jù)的對比分析，可得知嚴(yán)寒或酷暑的天氣，確實對霧度片的校準(zhǔn)產(chǎn)生一定影響。為測量值的準(zhǔn)確可靠，在室內(nèi)外溫差較大的情況下，需將標(biāo)準(zhǔn)霧度片等溫30min及以上方可適宜進(jìn)行計量校準(zhǔn)測試。

1. 2自然天氣影響

連日陰雨天氣會導(dǎo)致空氣中濕度增大，也可能會引起霧度標(biāo)準(zhǔn)片表而起霧，從而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。下面給出相對濕度試驗的情況分析。

在室內(nèi)溫度基本不變的情況下改變濕度條件，以測算霧度標(biāo)準(zhǔn)片的霧度值在不同濕度環(huán)境條件中是否對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。將實驗室室溫控制在(20±2)℃，利用除濕、加濕設(shè)備改變空氣中濕度并時刻關(guān)注溫濕度的變化。取霧度值為10左右的霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試，得到表2所示數(shù)據(jù)。

霧度計的儀器計量分析表2

從表2數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)溫度保持不變、相對濕度超過70%時，霧度儀測量的準(zhǔn)確度將受到較大影響。

綜合考慮以上情況，測試時對操作環(huán)境的溫度和濕度一定要嚴(yán)格把關(guān)。在影響霧度值測量的陰雨天，對校準(zhǔn)現(xiàn)場進(jìn)行除濕處理，且校準(zhǔn)過程需在通風(fēng)、干燥的環(huán)境中進(jìn)行，以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。



2、霧度標(biāo)準(zhǔn)片示值誤差分析

在實際校準(zhǔn)工作中，有不少客戶會對JJF 1303提出很多疑問。其中，提出多的問題是相對示值誤差范圍與中國計量科學(xué)研究院給出的標(biāo)準(zhǔn)霧度片不確定度是否存在矛盾。現(xiàn)給出以下分析。

在JJF 1303中，條款7.3給出霧度示值誤差與重復(fù)性計算，ΔHd為每片標(biāo)準(zhǔn)霧度片測量的霧度示值誤差即誤差。目前中國計量科學(xué)研究院給出5塊標(biāo)準(zhǔn)霧度片的不確定度均為U(Hd)=0.30;k=2。

通常，光學(xué)儀器的標(biāo)準(zhǔn)器不確定度一般不超過示值誤差，即

U(Hd)≦ΔHd (1)

否則在判定上其給出的不確定度不能起到約束作用，就沒有意義了。在JJF 1303中僅給出供參考的標(biāo)準(zhǔn)霧度片相對示值誤差δHd，要求在±5%以內(nèi)。

將誤差換算成相對示值誤差的公式為:

δHd=ΔHd/Hds× (2)

式中，Hds為各霧度片的霧度標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)JJF 1303，應(yīng)符合-5%<δhd<+5%。將式(2)代入，可得到< p="">

-5%·Hds<δhd,<+5%·hds (3)

如取小值霧度為1的標(biāo)準(zhǔn)片，即H},, -1，代入式(3)中，計算得到

-0.05<δhd<+0.05 4="" p="">

在不確定度U(Hd)為0.30時，由公式(1)可知ΔHd≧0.3 ,導(dǎo)致與式(4)相互矛盾的結(jié)論。

同理，對霧度值為5的標(biāo)準(zhǔn)霧度片，其示值誤差為±0.25，此時不確定度也大于示值誤差。詳細(xì)說明見表3和表4。



霧度計的儀器計量分析表3



由此可以設(shè)想:

(1)是否能對每一塊標(biāo)準(zhǔn)霧度片給出相對應(yīng)的、不同的不確定度。

(2)是否可以采用相對不確定度來替代現(xiàn)在中國計量科學(xué)研究院給出的不確定度。

(3)是否可以對霧度儀進(jìn)行分段設(shè)置示值誤差來規(guī)定儀器霧度的參數(shù)。如上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的霧度儀，其出廠檢驗標(biāo)準(zhǔn)定為霧度Hd≦1.00的示值誤差為±0.10,Hd>1.00的示值誤差為±0.50。當(dāng)然，也可以把分段指標(biāo)分得更詳細(xì)，如按照J(rèn)JF 1303規(guī)定使用的霧度值1,5,10,20,30的標(biāo)準(zhǔn)片來進(jìn)行分段，霧度值為1～10給出其示值誤差，霧度值為11～20再給出相應(yīng)的示值誤差，以此類推。

3霧度計的儀器校準(zhǔn)值及間隔的影響

儀器校準(zhǔn)一臺霧度計時，根據(jù)JJF 1303要求，使用霧度值為1,5,10,20,30的5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行校準(zhǔn)。所選用的霧度值固定不變且間隔范圍較大，會使不合格產(chǎn)品變?yōu)楹细癞a(chǎn)品。一些廠家只針對JJF 1303規(guī)定的5個校準(zhǔn)點對霧度計進(jìn)行電腦數(shù)據(jù)修正，重利益而忽視儀器的準(zhǔn)確性。按JJF 1303要求用5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片校準(zhǔn)儀器時，必定符合要求才可判定為合格。然而，此臺儀器不一定在其他霧度點上也都能符合JJF 1303要求。若使用霧度值為3,7,15,25等霧度片去測量，所測出的值還會落在JJF 1303要求的誤差區(qū)間內(nèi)嗎?如果答案是否，這將會給產(chǎn)品帶來誤判。

針對上述情況，選取一組理想的霧度計值和一組不合格的霧度計值用霧度標(biāo)準(zhǔn)片進(jìn)行測試，并通過線性回歸分析給出霧度測量值和霧度標(biāo)準(zhǔn)值的變化曲線。如圖1所示，直觀地表明霧度儀器生產(chǎn)可能存在的問題。

霧度計的儀器校準(zhǔn)值及間隔的影響

針對這一問題，給出以下兩種方案:

(1)JJF 1303中能否給出霧度值不固定的5塊霧度標(biāo)準(zhǔn)片，用作儀器的校準(zhǔn)。即可以選取固定的霧度值間隔和固定的霧度點檢測數(shù)量，但不規(guī)定具體的霧度值。比如，可以使用霧度值為1,5,10,20,30的霧度標(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn)，也可以使用0.5,3,7,15,25的霧度標(biāo)準(zhǔn)片做校準(zhǔn)。只要校準(zhǔn)點在測量范圍內(nèi)分散分布即可，使廠家沒有固定參考值來修正霧度點，從而儀器的準(zhǔn)確性。



(2)增加霧度標(biāo)準(zhǔn)片數(shù)量。優(yōu)點是增加了霧度值檢測的點數(shù)，使儀器的判定能夠更準(zhǔn)確;缺點是霧度標(biāo)準(zhǔn)片片數(shù)的增加必定會增加制造成本，同時也增加校準(zhǔn)成本，導(dǎo)致產(chǎn)品制造成本的上升。

4結(jié)語

以上提出了在對霧度儀的校準(zhǔn)過程中所遇到的幾點問題，并給出相應(yīng)的解決方案，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)人士探討與交流，以使霧度儀的量值傳遞更規(guī)范準(zhǔn)確，儀器計量校準(zhǔn)工作更公平公正。

淺析電子天平計量檢定的幾個問題
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電子天平在正式使用前期進(jìn)行儀器計量檢定，以天平計量性能，提高天平使用質(zhì)量。但是，天平計量檢定期間一定要做好檢定控制，以免因檢定方法不當(dāng)而出現(xiàn)錯誤診斷，讓不符合計量標(biāo)準(zhǔn)要求的天平設(shè)備投入使用，影響天平計量效果。下面，我們對電子天平計量檢定的必要性以及其中存在的問題進(jìn)行分析。

1、電子天平計量檢定的必要性

電子天平計量檢定是天平使用前期的一項重要工作，具有天平質(zhì)量，完善天平性能的作用。儀器計量檢定的實質(zhì)是對天平計量性能進(jìn)行檢驗，通過周期檢定、出廠檢定、進(jìn)口檢定等多種方式，天平性能的完善。如果電子天平的計量檢定工作做不好，或者天平使用前期并沒有執(zhí)行計量檢定，則天平的計量性能可能會存在瑕疵，應(yīng)用到實際工作之后，難免會發(fā)生計量不問題。所以對電子天平的使用來說，在使用前期做好計量檢定工作，是必要而且必然的。

2、如何對電子天平進(jìn)行分級和判定其各項允差

目前生產(chǎn)電子天平的廠家比較多，有個別廠家在產(chǎn)品說明中未能詳細(xì)的標(biāo)識其性能指標(biāo)，或者是標(biāo)識不規(guī)范、不統(tǒng)一，有的給出級別，有的不給出級別。比如有的電子天平明確了實際標(biāo)尺分度值d，而未標(biāo)明它的檢定分度值e，這對于使用者來說會誤以為d=e，認(rèn)為電子天平能分辨出小的值就是它本身能夠稱量的準(zhǔn)確數(shù)值。而對于計量檢定人員來講，確定電子天平的檢定標(biāo)尺分度值e非常關(guān)鍵，因為e是用來評定其準(zhǔn)確度級別以及大允許誤差的依據(jù):在計量檢定中若各項參數(shù)指標(biāo)的大示值誤差均不大于1d，我們確定e=d;如果各項參數(shù)指標(biāo)大示值誤差均小于10d，我們確定e=10d。

3、電子天平的計量檢定內(nèi)容

電子天平常規(guī)計量檢定工作所包括的內(nèi)容主要有以下幾項:

(1) 天平的靈敏度與鑒別力。靈敏度指天平的計量、讀數(shù)靈敏性，這是電子天平具備的一項計量性能，對電子天平的實用價值有直接性影響。

(2) 天平的大允許誤差。大允許誤差也稱“稱量線形誤差”，對天平實際載荷量有影響，計量檢定期間重視該性能檢定。

(3) 做好天平配衡的檢定，以免導(dǎo)致天平在應(yīng)用實踐時無法配衡，影響天平稱量結(jié)果。表1為電子天平的大允許誤差統(tǒng)計圖。

電子天平的大允許誤差統(tǒng)計圖

為了能更深入的對電子天平計量檢定問題進(jìn)行探討，下面對天平計量檢定的主要內(nèi)容做具體分析，內(nèi)容如下:

1) 靈敏度與鑒別力的檢定。電子天平計量檢定中的靈敏度主要指分度靈敏度，其在數(shù)值上應(yīng)正好等于該天平相應(yīng)載荷的檢定分度值。對具有數(shù)字指示和自動或半自動的儀器校準(zhǔn)裝置的電子天平，可以該天平的靈敏度。

2) 電子天平各載荷點的大允許誤差的檢定。開機預(yù)熱，然后按照說明書的操作程序?qū)﹄娮犹炱竭M(jìn)行儀器校準(zhǔn)，儀器校準(zhǔn)完畢，顯示零位。

從零載荷開始，逐漸單調(diào)往上加載，直至加到天平的大稱量值時，然后再逐漸單調(diào)卸載，直至零載荷為1下。

3) 電子天平偏載檢定。對于標(biāo)準(zhǔn)天平，試驗載荷等于天平的大稱量，其四角誤差等于大示值減小示值。對于工作用天平，試驗載荷等于天平大載荷的三分之一，其四角誤差等于各點的示值與中心點的示值之差中的大者。

4) 電子天平配衡功能的檢查。對于新購置的電子天平應(yīng)檢查其配衡功能，一般選取兩個載荷點，即:(1/3)Max，(2/3)Max。在相同載荷下所得兩結(jié)果之間的差值，不得超過該載荷時的大允許誤差的值。

4、計量檢定過程中需要注意的問題

電子天平計量檢定要選對方法，并嚴(yán)格做好檢定質(zhì)量控制，防止錯誤發(fā)生。結(jié)合以往天平的計量檢定工作經(jīng)驗，我們認(rèn)為，電子天平計量檢定注意以下幾方面的問題:

(1) 標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選取要合理、正確。標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選取應(yīng)當(dāng)堅持合理性、正確性。實際選擇時，所選擇的砝碼對象可以是級砝碼，也可以是等砝碼，主要根據(jù)計量對象的估重來選擇。要注意的是，砝碼誤差要受到嚴(yán)格控制，一般不可超過天平大允許誤差的三分之一。另外，計量檢定中所選擇的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的量程要適當(dāng)，以恰好覆蓋或超過覆蓋天平的大稱量范圍為主，這樣更利于天平性能檢定。

(2) 重視天平的問題。某些電子天平具有能力，常見情況有三種:一,當(dāng)電子天平的d小于或等于1mg，天平的鑒別力可以不檢定;二,電子天平的e與d不相等時，天平鑒別力也可以不檢定;三,某些自身便具備自動校準(zhǔn)功能的天平，以及具有數(shù)字指示的天平，其鑒別力也可以。除了以上三種情況之外，電子天平在正式使用前期都要做好的計量檢定，以此確保天平性能的完善。

(3) 所出具的檢定證書要規(guī)范。電子天平檢定完成，檢定人員都要根據(jù)檢定結(jié)果為天平編制檢定證書，或者檢定結(jié)果通知書，以此作為天平的使用通行證。我們認(rèn)為儀器檢定證書的編制與出具是一項法律性較強的工作，應(yīng)當(dāng)引起工作人員的重視。電子天平檢定證書的編制依照相關(guān)法律要求，證書內(nèi)容涵蓋《GJB2725-96》"4.1"要素，確保天平檢定結(jié)果的準(zhǔn)確、可行。

總而言之，對電子天平應(yīng)用來說，電子天平計量檢定尤為重要，它不但能電子天平的計量性能，確保天平計量工作的順利開展，還能優(yōu)化天平計量結(jié)果，提高計量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此在電子天平計量檢定工作中，檢定人員一定要做好計量檢定控制，做到檢定工作的規(guī)范化以及檢定結(jié)果的準(zhǔn)確化，這樣才能為電子天平的實用價值發(fā)揮提供技術(shù)條件。