中日20MN力基准机的力值比对

　　1　引　言

　　力值国际比对通常作为各国力基准机力值不确定度评定的旁证方法,大力值国际比对需要有效解决重达数吨的高精度力传感器和组合构件的运输安装和比对试验方法的协调,此前尚未进行过。中国计量科学研究院的20 MN力基准机(下称NIM-20MN机)和日本计量研究所的20 MN力基准机(下称NRLM-20MN机),在中日两国政府主管部门的支持下,进行了世界上首次上限达20 MN的大力值国际比对。本文介绍并讨论这次比对的方法和结果。

　　2　比对的方法

　　2.1　中日两国的机器特性描述

　　在确定比对试验的方法时,必须首先研究和比较两台20 MN液压式力基准机的结构和特点。表1列出NIM-20MN机和NRLM-20MN机的主要技术性能指标。其中特别考虑到,NRLM-20MN机的主缸塞系统采用动压润滑,主油缸绕活塞转动,而NIM-20MN机的主缸塞系统采用静压润滑,主油缸转动;NRLM-20MN机用于压向力,而NIM-20MN机拉压两用,拉向可达10MN,压向可达20MN,故选定以压向力最高达20MN的范围进行比对。

　　2.2　比对的仪器和方法

　　中日双方各自准备了比对使用的力传感器和数据采集处理系统。中方用编号为4、5、6的3台5MN高精度力传感器,并联组合后最大量限可达15MN,数据采集处理由DMP39和KRS43组成的系统实现;日方用编号为1、2、3的3台7MN高精度力传感器,并联组合后最大量限可达20MN,数据采集处理由一台个人计算机PC9801控制的专用系统(含直流电源TR6150,A/D转换用8505A,通道切换用2505A及测温仪K722等)实现。为使数据可比性更强,比对中还进行了双方的力传感器同对方的数据采集处理系统相接条件下的测试,一台BN100用于对双方的两台DMP39进行校准。

　　由于3台力传感器的并联组合体系重量和体积都很大,省略了整体的方位(旋转)效应试验。中日各自进行了单台状态下的方位(旋转)效应试验,以传感器的接线盒面对力基准机的正前方为起始方位0°,按俯视的顺时针方向每隔90°取一方位;并以最后的360°与0°相重合,以比较和考察重复性。

　　为了消除传感器的蠕变和滞后的影响,充分注意了加载速度和力值保持时间的选定。在完成足够的预加载以达到系统的稳定后,对选定的力级,比对试验进行了逐级递增和逐级递减3个循环序列的测量。对5MN和7MN单台传感器的试验力级都选为自0负荷始,每隔1MN为一级;对3×5MN并联组合取每隔3MN为一级,到15MN;对3×7MN并联组合取4、6、9、12、15、18和20MN等7级。

　　考虑到NRLM-20MN机的主油缸绕活塞转动可能的影响和对3台力传感器的并联组合体系数据采集的需要,每个力级的一次连续测量时间选定为240秒,采样间隔4秒,读入60个数据,为使系统稳定,前120秒为等待时间,截取后120秒读入的数据(30个),并求其平均值作为该次测量值。但在0负荷时,因油缸不转动,只须等待30秒。