《杠杆式力标准机》征求意见稿

1 引 言
现行JJG734-2001《力标准机》计量检定规程，是JJG734-1991《静重式力标准机》、 JJG296 -1987《杠杆式力标准机》、JJG295-1989《液压式力标准机》和JJG753-1991《叠加式力标准机》四个检定规程的综合版本。由于前述四种类型力标准机的工作原理和计量性能均存在较大差异，JJG734-2001《力标准机》对力标准机准确度级别的划分、检定项目及检定方法已不能满足测量四种类型力标准机计量性能的要求。
2011年由中国测试技术研究院和中国计量科学研究院提出修订申请，2012年通过力值硬度计量技术委员会审定同意申报修订，2013年国家质检总局批准对JJG734-2001版的部分内容进行修订（国质检量函〔2013〕101号），即对检定规程中的四种类型力标准机分类进行修订，由中国测试技术研究院负责JJG734-2001《力标准机》规程静重式力标准机和杠杆式力标准机部分的修订，中国计量科学研究院负责JJG734-2001《力标准机》规程液压式力标准机和叠加式力标准机部分的修订。
2 修订内容说明
2.1 计量性能要求
2.1.1 准确度级别的划分
为了适应力与称重传感器技术性能的不断提高和传感器产业发展需求，考虑到国内和国际上已有0.01、0.02级准确度或0.01%、0.02%不确定度的杠杆式力标准机的现状，依据JJG2045 -2010《力值（≤1MN）计量器具》检定系统表，结合国际上对力标准机不确定度范围的划分，本次修订规程拟保留0.03删除0.05增加0.01和0.02准确度等级及相应的技术指标，见修订规程5.1表1~5.5表4。增加0.01和0.02准确度等级可促进国内杠杆式力标准机的技术进步及计量性能的提高。
2.1.2 主要技术指标
目前国际上尚无一部同类计量标准器具的检定规程或校准规范，我国制订计量标准器具检定规程是为满足检定系统表，按照划分的计量标准器具和下一级传递标准的等级和不确定度制定。
现行JJG734-2001《力标准机》检定规程中仅有 “力值重复性” 和“力值相对误差”两项技术指标，从计量学层面分析“力值重复性”是在相同加荷条件和环境条件下对标准测力仪施加同一负荷时其变形输出的极差的指标；“力值相对误差”是标准测力仪检定力标准机的示值与在力基准机上校准示值的相对偏差的指标。我国现行JJG734-2001《力标准机》检定规程将这两项指标作为评定力标准机“准确度”的依据。国际上则是采用“力值重复性” 和“力值复现性” 两项主要指标评定力标准机的力值不确定度，利用比对测量结果与参考值的相对偏差（力值相对误差）评价力标准机比对结果的等效度，即测量值与参考值的一致性。
结合2011年国内中小力值比对结果和本次修订规程对样品检定试验验证结果的分析，测量结果的各标准不确定度分量对合成不确定度的贡献，除力标准机的力值不确定度外，影响因素最大的分量通常来源于力标准机寄生分量与标准测力仪的方位效应相互作用的影响，即力值测量复现性的不确定度。标准测力仪方位误差是一个可测量的指标，力基准机与被检力标准机的力值复现性均包含有标准测力仪的方位误差，用同一标准测力仪可进行比较，给出标准测力仪的方位误差，测量力标准机“力值复现性”。一般情况标准测力仪的方位误差不应大于力标准机力值复现性的1/2。
我国在上世纪七、八十年代制造的杠杆式力标准机，采用的是检定砝码质量、测量杠杆放大比的方法评估其综合极限误差或合成不确定度。近10年来国内建造的杠杆式力标准机，大多数采用了用标准测力仪检定或校准“力值误差”的方法确定其准确度等级。大多数杠杆式力标准机检定结果的力值复现性超过了力值误差值或力值不确定度的值，有的甚至超过了力值误差值或力值不确定度值的1.5倍~2倍，这种情况如果不规范将对国内力值传递带来大的影响。
综上分析，本次修订规程拟增加检定用标准测力仪的方位误差及力标准机检定结果的力值复现性技术指标要求。力标准机的力值复现性值原则上不应超过力标准机力值相对误差值，使用的标准测力仪的方位误差原则上不应超过被检力标准机力值误差值的1/2。见修订规程5.5表4和7.1表6。
2.1.3 关于放大比
杠杆式力标准机是以砝码的重力作为标准负荷，经过一定的杠杆机构放大，按预定时间和负荷顺序自动平稳地把负荷施加到被检测力仪上的力标准装置。现行JJG734-2001《力标准机》规程第3章计量性能要求，3.1规定了砝码质量相对扩展不确定度（k=3）不应大于其标称值的0.005%，3.4表2给出了放大比扩展不确定度（k=2）0.01%的要求，这两项不确定度仅是针对0.03级、0.05级的要求。
本次修订规程拟分等级给出砝码质量相对扩展不确定度（k=3）和放大比相对扩展不确定度（k=2）技术信息，并增加了“对于非固定放大比杠杆式力标准机应分量程测量放大比，评定其不确定度。”的要求，见修订规程5.2表1。
注：对非固定放大比杠杆式力标准机，一般情况可按力标准机额定负荷的1%、2%、5%、10%、20%、50%、100%量程测量杠杆放大比。
2.2 计量器具控制
2.2.1 检定条件
对用于检定力标准机的标准测力仪，拟增加示值方位误差技术指标要求。对于输出温度影响超过2×10-5/℃的标准测力仪应测量其温度系数，温度系数测量不确定度不应大于2×10-5/℃的要求。见修订规程7.1表6。
2.2.2 检定项目与检定方法
2.2.2.1 检定项目
通过对大量的杠杆式力标准机检定和比对结果的验证和对2.1.2的分析，本次修订规程拟增加 “力值复现性”检定项目。见修订规程7.2表7。
2.2.2.2 检定方法
考虑到国内现有大多数杠杆式力标准机的负荷机架（力反向架）为两柱一字形梁结构，负荷机架一字形梁水平轴线方向与垂直于水平轴线方向为非对称加力结构，两个方向互成90°角，通过大量检定实践证明两个相对方向的示值偏差较大（对标准测力仪的方位效应作用明显）。因此本次修订规程对力标准机的力值复现性，力值误差的测量，仍然采用0°、90°、180°、240°四个测量方位。
参照ISO FDIS 376:2011《单轴试验机检验用测力仪的校准》对测力仪蠕变测量时间的要求，本次修订规程明确了力标准机对标准测力仪的测量时间间隔应是加力与读数前的稳定时间之和，应与标准测力仪在校准时的时间间隔相一致。考虑到力基、标准机加力时间的差异及力传感器蠕变性能的差异带来的影响，国内1kN ~ 1MN力基、标准机的加力时间均在60s以内，使用的标准测力仪（例如Z30A、Z4A、C18、C3H3力传感器）的蠕变及蠕变恢复性能，在负荷加到后2min~3min内能够基本保持稳定。
为了保证力标准机的加力时间与力传感器蠕变及蠕变恢复性能差异对检定结果带来尽可能小的影响，本次修订规程拟定为：对额定负荷不大于100kN力标准机的检定，测量一级负荷的时间间隔不少于150秒；额定负荷大于100kN力标准机的测量时间间隔不少于180秒。
2.2.3 检定结果的处理
依据JJG2045-2010《力值（≤1MN）计量器具》检定系统表和JJF1002-2010《检定规程编写规则》，本次修订规程规定了在检定证书的检定结果栏中给出检定结果的力值相对扩展不确定度（包含因子k=2）的要求。
为了保证力标准机首次检定结果的不确定度与力标准机的力值不确定度的一致性和执行计量法规的有效性，本次修订规程在7.3 检定结果的处理中，规定了“对首次检定不具备规程表5（1-5项）要求的力标准机作为检定不合格处理”（即未测量砝码质量、重力加速度、空气密度、砝码材料密度和放大比并给出其不确定度指标的）。“对于检定结果各项技术指标优于表4规定的，可在检定证书的检定结果栏中给出实际测量结果的技术指标，不可在检定证书封面出具超过规程规定的准确度等级的结论”。
2.3检定证书内页格式
本次修订规程在检定证书内页的检定结果栏中，新增加了力值范围的各力值点检定结果的技术指标及力值相对扩展不确定度的要求。新增加了检定结果的合成不确定度描述的要求。