CN108956006A - 小力值测量仪器快速检定校准系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的小力值测量仪器快速检定校准系统应用于对60kN及60kN以下小力值测量仪器的检定校准，系统包括标准器、受力框架、加载系统和软件控制系统。其中，标准器包括力值砝码和测力传感器；对小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用标准力值砝码作为标准器；对1.0kN‑60kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力传感器作为标准器；受力框架包括测力架和反力架；对于小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力架；对于1.0kN‑60kN的力值测量仪器的检定校准，采用反力架；采用手动加载和自动加载两种加载方式。本申请的检定校准系统能够有效提高对小力值测量仪器的检定校准效率。
Description
技术领域
本发明涉及力值计量校准技术领域，尤其涉及一种小力值测量仪器快速检定校准系统。
背景技术
近年来，我国基础工程建设的步伐加快，铁路、公路、水利工程建设得到迅速发展，给计量工作带来了发展的春天，同时也带来严峻的挑战。首先是工作量急剧的增加，其次是用户对小力值测量仪器检定校准的时间要求越来越短，因此，为了满足用户的需要，提高工作效率成为力值计量工作的重中之重。
目前的小力值测量仪器检校技术存在以下问题：一、工作效率低。对60k N及以下小力值测量仪器的检定校准方法，主要采用三套标准器：杠杆式力标准机，静重式力标准机和力值砝码。对于一些具有不同量程的工作测力仪，检校一台仪器有时需要同时使用多套标准器，因此极大的影响了工作效率，例如，检定一个20kN精度1级的具有满量程和半量程两档要求的工作测力仪，首先需要采用力值范围在0kN-60kN的杠杆式力标准机进行满量程检定，之后换到力值范围在0kN-10kN的静重式力标准机进行半量程检定，因此需要更换两次标准机，同时由于力标准机进行检定时，采用的是逐级加码，静平衡的方式，其每检定一个点需要1分钟左右，检完这个20kN精度1级的传感器需要约1小时。二、越级量传。由于工作测力仪、推拉力计、踏板力计、管型测力计、平板荷载仪以及工程上常用的小力值传感器的精度都不高于1级，采用0.05级的力标准机进行检定校准是大材小用，浪费资源，且工作效率较低，另外，频繁的使用力标准机不利于标准机的稳定和维护。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种小力值测量仪器快速检定校准系统。
本申请提供一种小力值测量仪器快速检定校准系统，应用于对60kN及60kN以下小力值测量仪器的检定校准，所述检定校准系统包括：标准器、受力框架、加载系统和软件控制系统；
所述标准器包括：力值砝码和测力传感器；所述力值砝码为0-1000N的标准力值砝码；所述测力传感器包括两种类型的拉压式0.3级标准测力仪，力值范围分别为3kN-60kN、0.3kN-3kN；对小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用标准力值砝码作为标准器；对1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力传感器作为标准器；
所述受力框架包括：测力架和反力架；对于小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力架；对于1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用反力架；所述测力架采用承载力为2.0kN受力支架，所述反力架采用承载力为12T的门式框架；
所述加载系统由变速加载装置、数据控制器、测控软件、交流伺服电机和交流伺服电机驱动器组成；所述加载系统采用手动加载和自动加载两种加载方式；
所述软件控制系统包括：参数确定模块、检定控制模块、数据采集和处理模块；用户根据被检定测量仪器的力值测量范围，通过所述参数确定模块设定相应的标准器、检定点、加载速度、以及预压；所述检定控制模块设置有检定、继续、暂停、结束功能选项；所述数据采集和处理模块用于采集对小力值测量仪器的检定数据，并自动完成对所述检定数据的计算处理，生成校准数据。
如上所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，优选地，
所述测力架的受力支架为伸缩式受力支架；所述测力架的受力支架的高度为1.8m，长度为1.5m；所述测力架还包括5个拉环，拉环的承载力为1.5kN；
所述反力架的门式框架尺寸为：600×2000×500mm，门式框架的中间横梁由直径为50mm，螺距为10mm的滚珠丝杆带动，门式框架的自由行程为1.6m，且装有最大变形限位器。
如上所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，优选地，
所述反力架底部安装承压板，承压板上刻有中心刻度线，以便于被检仪器对准中心；反力架顶部安装拉力支座，拉杆呈自由下垂状态，以减少被检仪器在加载过程中的摩擦力，标准器安装在反力架的横梁上。
如上所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，其中，所述手动加载是通过手轮旋转带动换向器转动，换向器将横向转动转变为垂直转动，再由变速器带动电机转动；所述自动加载是通过电脑程序控制交流伺服电机和交流伺服电机驱动器运行，适用电机为1500W，速度响应频率为2kHz，加载速度为0.01mm/min-500mm/min，压力保持在±3N/1000N。
本申请提供的小力值测量仪器快速检定校准系统，利用现有的测力计标准器和力值砝码，加工相应的受力框架和加载机构，采用手动加载和自动加载两种加载方式，能够有效提高对小力值测量仪器的检定校准效率，特别适用于对60kN及60kN以下小力值测量仪器的检定校准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的小力值测量仪器快速检定校准系统的结构示意图；
图2为本申请的小力值测量仪器快速检定校准系统中的软件控制系统界面示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请的小力值测量仪器快速检定校准系统的结构示意图。参考图1所示，本申请提供的小力值测量仪器快速检定校准系统，应用于对60kN及60kN以下小力值测量仪器的检定校准，检定校准系统包括：标准器、受力框架、加载系统和软件控制系统。其中，标准器包括：力值砝码和测力传感器；力值砝码为0-1000N的标准力值砝码；测力传感器包括两种类型的拉压式0.3级标准测力仪，力值范围分别为3kN-60kN、0.3kN-3kN；对小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用标准力值砝码作为标准器；对1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力传感器作为标准器。受力框架包括：测力架和反力架；对于小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力架；对于1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用反力架；测力架采用承载力为2.0kN受力支架，反力架采用承载力为12T的门式框架。加载系统由变速加载装置、数据控制器、测控软件、交流伺服电机和交流伺服电机驱动器组成；加载系统采用手动加载和自动加载两种加载方式。软件控制系统包括：参数确定模块、检定控制模块、数据采集和处理模块；用户根据被检定测量仪器的力值测量范围，通过参数确定模块设定相应的标准器、检定点、加载速度、以及预压；检定控制模块设置有检定、继续、暂停、结束功能选项；数据采集和处理模块用于采集对小力值测量仪器的检定数据，并自动完成对检定数据的计算处理，生成校准数据。
在具体应用中，可以根据检定规程JJG455-2000《工作测量仪》和被检定校准仪器使用说明书的相关要求，利用现有的三等测力计标准器和力值砝码，加工相应地受力框架和加载机构，研制成一套小力值快速加载系统，使得该系统能满足1级精度及其以下精度的小力值量值传递要求。
例如，对于力值1kN-60kN的测量仪器的检定校准，以电子万能试验机加荷框架为基础，改变其机械结构，使之既能进行变频调速自动加载，又能进行便于研究的手动加载，改变了应用0.05级的力标准机逐级加砝码的加载方式，从而极大的提高了工作效率。标准器由两套主标准构成，均为莆田市鸿飞传感器有限公司生产的拉压式0.3级标准测力仪，其中一套的力值范围为(3-60)kN，另外一套的力值范围为(0.3-3)kN。
采用承载力为100kN的试验机门式框架，大于最大加载力值60kN的两倍，尽可能的减少了受力框架在受力过程中产生变形。受力框架尺寸：600×2000×500mm，中间横梁由直径为50mm，螺距为10mm的专用精密滚珠丝杆带动，自由行程为1.6m，且装有最大变形限位器。受力框架底部安装承压板，承压板上刻有中心刻度线，便于被检仪器对准中心；受力框架顶部安装拉力支座，拉杆呈自由下垂状态，减少被检仪器在加载过程中的摩擦力，标准器安装在横梁上。框架在最大荷载下变形满足规范要求。横梁变形测试结果如下表1所示。
表1门式框架的横梁变形测试结果表
| 施加载荷(kN) | 5 | 30 | 60 |
| 横梁变形(mm) | 0.000 | 0.001 | 0.003 |
加载系统由手动变速加载装置、数据控制器、测控软件、交流伺服电机和交流伺服驱动器组成。采用两种方式加载：手动加载和自动加载。手动加载机构是通过手轮旋转带动换向器转动，换向器将横向转动转变为垂直转动，再由变速器带动电机转动。自动加载机构是通过电脑程序控制交流伺服电机和交流伺服驱动器运行，适用电机为1500W，速度响应频率为2kHz，加载速度在(0.01-500)mm/min可控变动，压力保持在±3N/1000N。工作时检校装置根据设定的速度自动变换速度进行加载。两种加载方式的选择是根据被检对象的特点而选择的，对于量大面广，常见的工作测力仪适合选择自动加载机构，对于较为特殊的，量少的被检对象，适合采用手动加载方式。
图2为本申请的小力值测量仪器快速检定校准系统中的软件控制系统界面示意图。如图2所示，软件的设计可以根据JJG455-2000以及日常检定的经验设计。软控制系统是整个标准装置的关键部分。软件控制系统总体上包含了三个模块：参数确定模块，检定控制模块，数据采集和处理模块。
参数确定模块，是根据被检对象的测量范围，设定相应的标准器、检定点、加载速度、以及预压。参数设定带有一定的经验性，对于相同类型的被测对象，其参数设置时可以不变。预压功能是以较快的加载速度快速加到额定值后能迅速回到零点。
检定控制模块，是根据JJG455-2000的要求进行编辑的，具有“检定”，“继续”，“暂停”以及“结束”功能。工作测力仪预压完成后，按检定功能，标准装置将自动加载到设定的目标值。接近目标值时，系统采用语音提示功能，提醒检定员记录被检仪器数据。在检定过程中，遇到问题后，可以选择“暂停”、“继续”以及“结束”功能。
数据采集和数据处理模块，当加载到设定的目标值时，系统语音提示，且弹出输入被检对象的值得对话框，输入后，自动加载到下一目标值。检定完成后，按数据处理按钮，系统自动将测得地数据转入到excel表格中，并自动完成数据计算。
对于力值0-1kN的测量仪器的检定校准，通过利用力值砝码和标准传感器形成混合标准器组，可以方便快捷的更换不同量程的标准器，在测量小于1.0kN的力值时，采用力值砝码作为标准；而测量大于1.0kN小于50kN的力值时，采用传感器作为力标准。采用研制伸缩式受力支架，可以方便快捷的对1kN以下力值的各种受拉仪器进行砝码加载检定。标准器选择0-1000N标准力值砝码，受力支架承载力为2.0kN，高度为1.8m，长度为1.5m。拉环5个，拉环承载力为1.5kN。
采用本申请实施例的小力值测量仪器快速检定校准系统对一个20kN精度1级的具有满量程和半量程两档要求的测力传感器进行检定时，由于采用马达快速加载和手动慢速加载相结合的加载方式，以及多量程混合型力标准器组，可以在10分钟内完成检定，工作效率提高了6倍。小力值快速加载系统将全面改善工作条件和方法，极大的提高工作效率和工作时效。
结果验证：
根据JJF1033-2008《计量标准考核规范》中C.5.2.1的规定，采用传递比较法对本申请实施例的小力值测量仪器快速检定校准系统进行测量结果验证。传递比较法是指用被考核的工作测力仪检定标准装置测量一稳定的对象，然后将该对象用另一更高级的杠杆式力标准装置进行测量，若两者进行测量时的开展不确定度为Ulab和Uref，k都为2，两者测量值分别为ylab和yref，则两者应满足
取两个稳定的被测对象，一个为30kN的传感器，一个为30kN的测力环，分别在工作测力仪检定装置和杠杆式力标准机进行测量，测量结果见表2。
表2测量结果验证表
将以上结果带入到公式(1)中，得到：
(1)测力环验证
对于3kN点：
即0.001<0.002，满足要求；
对于30kN点：
即0.004<0.011，满足要求；
(2)传感器验证
对于3kN点：
即0.003<0.0032，满足要求；
对于30kN点：
即0.02<0.022，满足要求；
从以上验证的结果来看，不论是测力环，还是传感器都能满足力值溯源要求。
以一台30kN工作测力仪检定为例，采用本申请实施例的工作测力仪检定标准装置进行检定，从预压开始计时，预压3次后，进程示值检定3遍，检定结束且处理好数据，所用时间为20分35秒。而同一样品，采用杠杆式力标准机进行检定且处理好数据共花费时间45分13秒，可见采用本申请实施例的小力值测量仪器快速检定校准系统装置可以较大的提高工作效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种小力值测量仪器快速检定校准系统，应用于对60kN及60kN以下小力值测量仪器的检定校准，其特征在于，所述检定校准系统包括：标准器、受力框架、加载系统和软件控制系统；
所述标准器包括：力值砝码和测力传感器；所述力值砝码为0-1000N的标准力值砝码；所述测力传感器包括两种类型的拉压式0.3级标准测力仪，力值范围分别为3kN-60kN、0.3kN-3kN；对小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用标准力值砝码作为标准器；对1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力传感器作为标准器；
所述受力框架包括：测力架和反力架；对于小于1.0kN的力值测量仪器的检定校准，采用测力架；对于1.0kN-60kN的力值测量仪器的检定校准，采用反力架；所述测力架采用承载力为2.0kN受力支架，所述反力架采用承载力为12T的门式框架；
所述加载系统由变速加载装置、数据控制器、测控软件、交流伺服电机和交流伺服电机驱动器组成；所述加载系统采用手动加载和自动加载两种加载方式；
所述软件控制系统包括：参数确定模块、检定控制模块、数据采集和处理模块；用户根据被检定测量仪器的力值测量范围，通过所述参数确定模块设定相应的标准器、检定点、加载速度、以及预压；所述检定控制模块设置有检定、继续、暂停、结束功能选项；所述数据采集和处理模块用于采集对小力值测量仪器的检定数据，并自动完成对所述检定数据的计算处理，生成校准数据。
2.根据权利要求1所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，其特征在于，
所述测力架的受力支架为伸缩式受力支架；所述测力架的受力支架的高度为1.8m，长度为1.5m；所述测力架还包括5个拉环，拉环的承载力为1.5kN；
所述反力架的门式框架尺寸为：600×2000×500mm，门式框架的中间横梁由直径为50mm，螺距为10mm的滚珠丝杆带动，门式框架的自由行程为1.6m，且装有最大变形限位器。
3.根据权利要求2所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，其特征在于，
所述反力架底部安装承压板，承压板上刻有中心刻度线，以便于被检仪器对准中心；反力架顶部安装拉力支座，拉杆呈自由下垂状态，以减少被检仪器在加载过程中的摩擦力，标准器安装在反力架的横梁上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的小力值测量仪器快速检定校准系统，其特征在于，
所述手动加载是通过手轮旋转带动换向器转动，换向器将横向转动转变为垂直转动，再由变速器带动电机转动；所述自动加载是通过电脑程序控制交流伺服电机和交流伺服电机驱动器运行，适用电机为1500W，速度响应频率为2kHz，加载速度为0.01mm/min-500mm/min，压力保持在±3N/1000N。
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