中華人民共和國工業(yè)和信息化部JJF(機(jī)械)1077—2021彈性元件特性儀校準(zhǔn)規(guī)范2021-12-02發(fā)布2022-04-01實(shí)施彈性元件特性儀校準(zhǔn)規(guī)范JJF(機(jī)械)1077—2021代替JJF(機(jī)械)025—2008主要起草單位：沈陽國儀檢測技術(shù)有限公司參加起草單位：沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司國家管道元件產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心國家儀器儀表元器件質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心海裝沈陽局遼寧省凌源第四監(jiān)獄本規(guī)范委托全國機(jī)械汽車專業(yè)計量技術(shù)委員會負(fù)責(zé)解釋本規(guī)范主要起草人：李曉旭(沈陽國儀檢測技術(shù)有限公司)于振毅(國家儀器儀表元器件質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心)孫占遠(yuǎn)(國家管道元件產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心)馮波(沈陽國儀檢測技術(shù)有限公司)參加起草人：張文博(國家儀器儀表元器件質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心)倪宏祥(國家儀器儀表元器件質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心)李鵬程(海裝沈陽局)時會強(qiáng)(沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司)李中宇(沈陽國儀檢測技術(shù)有限公司)叢鵬(遼寧省凌源第四監(jiān)獄)JJF(機(jī)械)1077—2021引言 1范圍 3概述 4計量特性 4.1標(biāo)志 4.2外觀 4.4垂直度 4.5準(zhǔn)確度 4.6分辨力 4.7重復(fù)性 (2) 6.1標(biāo)志 (3)6.2外觀 6.5準(zhǔn)確度 (3) (4)6.7分辨力 附錄C校準(zhǔn)證書信息及格式 參考文獻(xiàn) JJF(機(jī)械)1077—2021計量術(shù)語及定義》、JJF1059.1—2012《測量不確定度本規(guī)范代替JJF(機(jī)械)025—2008《彈性元件特性儀校準(zhǔn)規(guī)范》,與JJF(機(jī)械)025—2008相比主要技術(shù)變化如下：——在4.4“垂直度”中，將垂直度誤差由“在移動100mm范圍內(nèi)不得大于0.2mm”改為“在移動50mm范圍內(nèi)不得大于0.1mm”。(2.級)、±1.0%(3級)改為±0.05%(1級)、±0.1%(2級)、±0.5%(3級)?！诒?“特性儀的分辨力”中，將位移分辨力由0.10.01mm(3級)改為0.5μm(1級)、1μm(2級)、2μm(3級)?！獙Ρ?“校準(zhǔn)項(xiàng)目和主要校準(zhǔn)器具”進(jìn)行了以下修改：準(zhǔn)確度校準(zhǔn)器具改為四等或五等量塊，M、M?2、M?或M?等級砝碼，0.02%或0.005%的壓力計；重復(fù)性校準(zhǔn)器具改為四等或五等量塊，M?、M?2、M?或M?等級砝碼，0.02%或0.005%的壓力計；等級砝碼，0.02%或0.005%的壓——在6.5“準(zhǔn)確度”中對位移、集中力和均布力的準(zhǔn)確度測試分別進(jìn)行了更詳細(xì)的描述”?！癢max=W-Wu”“Qmax=Q-Qu”“Pmx=P-PH”改為“Wimax={W-WHni}max”“Qmx={QrQu}mx”“Pmax={Pr-PHu}max”?！獙υ戒汣“不確定度評定示例”進(jìn)行修改，見附錄A和附錄B。本規(guī)范所代替規(guī)范的歷次版本發(fā)布情況為：——JJG(機(jī)械)104-1992;——JJF(機(jī)械)025—2008。1彈性元件特性儀校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于彈性元件特性儀(以下簡稱“特性儀”)的首次校準(zhǔn)、后續(xù)校準(zhǔn)和使用中檢查。本規(guī)范引用了下列文件：JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修訂單)適用于本規(guī)范。3概述特性儀是用于測量彈性元件(如金屬波紋管、膜片、膜盒等)特性參數(shù)的儀器，可測得集中力與位移、均布力與位移、集中力與均布力之間的關(guān)系曲線，從而導(dǎo)出表征彈性元件集中力剛度特性、均布力剛度特性、有效面積特性及有關(guān)的性能參數(shù)，主要由集中力加載系統(tǒng)、均布力加載系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)及定位瞄準(zhǔn)系統(tǒng)四部分組成。特性儀應(yīng)有銘牌，標(biāo)明制造單位名稱、產(chǎn)品型號、出廠編號和制造年月。4.2外觀特性儀表面應(yīng)無碰傷、銹蝕和明顯劃痕；新投入使用的特性儀，非工作表面應(yīng)無毛刺、涂鍍層脫落以及影響外觀質(zhì)量的其他缺陷。特性儀各運(yùn)動手柄、旋鈕、開關(guān)調(diào)節(jié)應(yīng)靈活，工作應(yīng)可靠。4.4垂直度位移測量系統(tǒng)對工作臺面的垂直度誤差，在移動50mm范圍內(nèi)不得大于0.1mm。準(zhǔn)確度等級分為1級、2級、3級，各等級的準(zhǔn)確度要求應(yīng)符合表1的規(guī)定。校準(zhǔn)參數(shù)量程范圍準(zhǔn)確度等級位移W集中力Q均布力P24.6分辨力各準(zhǔn)確度等級的特性儀，其分辨力應(yīng)不超過表2的規(guī)定。校準(zhǔn)參數(shù)量程范圍準(zhǔn)確度等級1級2級3級位移W0.5μm集中力Q0.1N0.5N均布力P4.7重復(fù)性各準(zhǔn)確度等級的特性儀，其特性參數(shù)的重復(fù)性應(yīng)不超過表3的規(guī)定。校準(zhǔn)參數(shù)特性參數(shù)關(guān)系準(zhǔn)確度等級1級2級3級集中力剛度JN/mm均布力剛度JMPa/mm有效面積EN/MPa5校準(zhǔn)條件5.1.3大氣壓力：86kPa～106kPa。5.1.4周圍應(yīng)無影響正常工作的機(jī)械振動和電磁場干擾。5.2校準(zhǔn)器具主要校準(zhǔn)器具見表4。序號校準(zhǔn)項(xiàng)日標(biāo)準(zhǔn)計量器具首次校準(zhǔn)后續(xù)校準(zhǔn)使用中檢查1標(biāo)志—+++2外觀—+++3各部分相互作用+++3序號校準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)計量器具首次校準(zhǔn)后續(xù)校準(zhǔn)使用中檢查4垂直度指示表：示值允許誤差為0.001mm或0.01mm++一5準(zhǔn)確度四等或五等量塊M?、M?2、M?或M?等級砝碼0.02%或0.005%的壓力計++一6重復(fù)性四等或五等量塊M?、M?2、M?或M?等級砝碼0.02%或0.005%的壓力計+一一7分辨力電感測微儀F?、M或M??等級砝碼0.02%或0.005%的壓力計++一注：“+”為校準(zhǔn)項(xiàng)目，“一”為不校準(zhǔn)項(xiàng)目。6.1標(biāo)志目視檢查，結(jié)果應(yīng)符合4.1的要求。6.2外觀目視檢查，結(jié)果應(yīng)符合4.2的要求。目視及觸覺檢查，結(jié)果應(yīng)符合4.3的要求。以特性儀工作臺面為基準(zhǔn)，利用指示表對位移測量軸進(jìn)行垂直度檢測，結(jié)果應(yīng)符合4.4的規(guī)定。6.5準(zhǔn)確度位移、集中力和均布力的準(zhǔn)確度分別用量塊、砝碼和壓力計進(jìn)行校準(zhǔn)。分別在特性儀的兩個位移范圍內(nèi)，均分出5個校準(zhǔn)間隔，使用相對應(yīng)位移值的量塊進(jìn)行校準(zhǔn)。首先，將特性儀的位移測量系統(tǒng)進(jìn)行置零，按確定的校準(zhǔn)間隔，正行程(方向)測量對應(yīng)的量塊值至滿量程，再進(jìn)行反向測量。校準(zhǔn)方法如下：a)使特性儀的集中力加載系統(tǒng)施加預(yù)負(fù)荷至少3次，每次額定負(fù)荷的保持時間應(yīng)為30s～1min,每次加載至額定負(fù)荷后，卸載到零負(fù)荷，等待至少30s。b)卸除最后一次預(yù)負(fù)荷之后，等待1min,可對激勵電壓進(jìn)行檢測或調(diào)整，調(diào)整特性儀集中力加載系統(tǒng)的量程和零點(diǎn)，讀取零點(diǎn)輸出值。c)試驗(yàn)的初級載荷力值一般為額定負(fù)荷的10%～20%,校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布，選擇8點(diǎn)(分別為額定負(fù)荷的10%、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%)。4d)逐級施加遞增負(fù)荷，直到額定負(fù)荷。在每一級負(fù)荷加到后，保持一定時間，再讀取輸出值。讀數(shù)穩(wěn)定后讀取，或30s后讀取。e)達(dá)到額定負(fù)荷后，逐級施加遞減負(fù)荷。在每一級負(fù)荷退回后，保持一定時間，再讀取輸出值。讀數(shù)穩(wěn)定后讀取，或30s后讀取。f)退回到零負(fù)荷，保持1min,讀取零點(diǎn)輸出值。需要時，重新調(diào)整特性儀側(cè)移裝置的零點(diǎn)。連續(xù)重復(fù)e)、f)步驟至少3次。校準(zhǔn)前應(yīng)做3次升壓預(yù)壓試驗(yàn)，使被試均布力加載系統(tǒng)壓力升到測量上限值，待壓力穩(wěn)定后降壓，返回零點(diǎn)，然后在包括測量上、下限的全量程范圍內(nèi)選擇均勻分布的6個~11個校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)中升壓和降壓應(yīng)平穩(wěn)，避免有沖擊和過壓現(xiàn)象。升壓、降壓的校準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)為3次。在各個校準(zhǔn)點(diǎn)上應(yīng)待壓力穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)，做好記錄。校準(zhǔn)后，位移準(zhǔn)確度、集中力準(zhǔn)確度和均布力準(zhǔn)確度應(yīng)符合表1的規(guī)定。三項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確度分別按公式(1)、公式(2)、公式(3)計算。值和均布力誤差值，并選取最大的位移誤差值、最大的集中力誤差值和最大的均布力誤差值。各個最大誤差值按公式(4)、公式(5)、公式(6)計算；Qa和P——集中力滿量程值和均布力滿量程值。Wmax={W-WHi}max(4)6.6重復(fù)性準(zhǔn)，校準(zhǔn)點(diǎn)分別包括其測量量程范圍內(nèi)的至少1個點(diǎn)，測試時，每個校準(zhǔn)點(diǎn)首先預(yù)測2次，然后測量10次，記錄10次測量結(jié)果。依據(jù)JJF1059.1—2012中4.3.2.2的貝塞爾公式法計算10次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，測量重復(fù)性則通過標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行表征。校準(zhǔn)后，集中力剛度重復(fù)性、均布力剛度重復(fù)性和有效面積重復(fù)性應(yīng)符合本規(guī)范表3的規(guī)定。集中力剛度、均布力剛度和有效面積的重復(fù)性分別按本規(guī)范公式(7)、公式(8)、公式(9)計算。5k-包含因子，取k=2;Sy——集中力剛度標(biāo)準(zhǔn)偏差；SE有效面積標(biāo)準(zhǔn)偏差。集中力剛度、均布力剛度和有效面積的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別按本規(guī)范公式(10)、公式(11)、公式(12)計算。應(yīng)符合表2的規(guī)定；均布力分辨力按公式(13)計算，應(yīng)符合表2的規(guī)定。6Pp——均布力分辨力；Pm:n——均布力最小分辨力值；P——均布力滿量程值。經(jīng)校準(zhǔn)符合本規(guī)范相應(yīng)等級要求的特性儀，出具該等級的校準(zhǔn)證書；不符合本規(guī)范等級要求的特性儀，給出校準(zhǔn)結(jié)果。8復(fù)校時間間隔特性儀根據(jù)使用具體情況確定校準(zhǔn)周期，復(fù)校時間間隔一般最長不超過2年。JJF(機(jī)械)1077—20217集中力剛度校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定A.1測量方法集中力剛度是通過特性儀的位移測量系統(tǒng)和集中力加載系統(tǒng)聯(lián)合工作來測試的，涉及兩個基本物理量。集中力剛度測試時，對被測彈性元件施加規(guī)定的測試位移，在此位移下，測得相應(yīng)的力載荷值，按照胡克定律計算獲得剛度值。對位移測量系統(tǒng)位移精度為±2μm,集中力加載系統(tǒng)測量精度為±0.05%的特性儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以測試位移為5mm、力載荷為100N的校準(zhǔn)點(diǎn)為例，進(jìn)行不確定度評定。A.2測量模型J——集中力剛度測試值，N/mm;Q——測量的集中力值，N;以某彈性元件為例，測量位移為5mm時，集中力值為100N,計算得到集中力剛度值J=Q/W=20.00N/mm。A.3測量不確定度來源分析A.3.1由測量方法和數(shù)學(xué)模型可以看出，剛度測量結(jié)果的不確定度來源主要為集中力測量結(jié)果和位移測量結(jié)果兩個不確定度分量。A.3.2集中力不確定度來源：主要包括由測量重復(fù)性引入的不確定度和由集中力加載系統(tǒng)允許誤差引入的不確定度。A.3.3位移不確定度來源：主要包括由測量重復(fù)性引入的不確定度和由位移測量系統(tǒng)允許誤差引入的不確定度。A.4靈敏系數(shù)A.5標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定A.5.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q)評定A.5.1.1由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA(Q)在重復(fù)性測量條件下，對彈性元件集中力進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到結(jié)果見表A.1。8NQ?Q?Q?經(jīng)校準(zhǔn)合格的集中力加載系統(tǒng)的允許誤差為±0.05%,則區(qū)間半寬度a?=0.05N,在A.5.1.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q)的計算u(Q=√u22(Q)+uB2(Q)=√(0.00097N)2+(0.029N)2≈0.029N在重復(fù)性測量條件下，對5mm位移進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到結(jié)果見表A.2。表A.2集中力剛度校準(zhǔn)時位移重復(fù)性測量數(shù)據(jù)mmW?W?9mmW?W?W10W0.00017A.5.2.2由位移測量系統(tǒng)允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(W)經(jīng)校準(zhǔn)合格的位移測量系統(tǒng)允許誤差為±2μm,則區(qū)間半寬間內(nèi)呈均勻分布，取包含因子k?為√3,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：uB(W)=0.002mm/√3≈0.00115mmA.5.2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(W)的計算u(W)=√u2(W)+ug2(W)=√(0.00017mm)2+(0.00115mm)2≈0.00117mmA.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度A.7相對擴(kuò)展不確定度Urel集中力剛度的測量結(jié)果近似為正態(tài)分布，取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度：附錄B均布力剛度校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定B.1測量方法均布力剛度是通過特性儀的位移測量系統(tǒng)和均布力加載系統(tǒng)聯(lián)合工作來測試的，涉及兩個基本物理量。均布力剛度測試時，對被測彈性元件施加規(guī)定的測試位移，在此位移下，測得相應(yīng)的均布力值，按照胡克定律計算獲得剛度值。對位移測量系統(tǒng)位移精度為±2μm,均布力加載系統(tǒng)測量精度為±0.02%的特性儀進(jìn)行校準(zhǔn)，以測試位移為3mm、均布力為100kPa的校準(zhǔn)點(diǎn)為例，進(jìn)行不確定度評定。B.2測量模型式中：P——測量的均布力值，kPa;以某彈性元件為例，測量位移為3mm時，均布力值為100kPa,計算得到均布力剛度值Jp=P/W=33.33kPa/mm。B.3測量不確定度來源分析B.3.1由測量方法和數(shù)學(xué)模型可以看出，剛度測量結(jié)果的不確定度來源主要為均布力測量結(jié)果和位移測量結(jié)果兩個不確定度分量。B.3.2均布力不確定度來源：主要包括由測量重復(fù)性引入的不確定度和由均布力加載系統(tǒng)允許誤差引入的不確定度。B.3.3位移不確定度來源：主要包括由測量重復(fù)性引入的不確定度和由位移測量系統(tǒng)允許誤差引入的不確定度。B.4靈敏系數(shù)B.5標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定B.5.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)評定B.5.1.1由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA(P)在重復(fù)性測量條件下，對彈性元件均布力進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到結(jié)果見表B.1。JJF(機(jī)械)1077—2021表B.1均布力重復(fù)性測量數(shù)據(jù)99.99998P?99.99993P10P4.28×10-?B.5.1.2由均布力加載系統(tǒng)允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(P)經(jīng)校準(zhǔn)合格的均布力加載系統(tǒng)的允許誤差為土0.02%,則區(qū)間半寬度a?=0.02kPa,在區(qū)間內(nèi)呈均勻分布，取包含因子k?為√3,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：B.5.1.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)的計算B.5.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(W)評定B.5.2.1由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA(W)在重復(fù)性測量條件下，對3mm位移進(jìn)行10次重復(fù)測量，得到結(jié)果見表B.2。表B.2均布力剛度校準(zhǔn)時位移重復(fù)性測量數(shù)據(jù)W?W?JJF(機(jī)械)1077—2021表B.2均布力剛度校準(zhǔn)時位移重復(fù)性測量數(shù)據(jù)(續(xù))mmW?W10W則由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：uA(W)=s(W;)=0.00013mmB.5.2.2由位移測量系統(tǒng)允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(W)經(jīng)校準(zhǔn)合格的位移測量系統(tǒng)允許誤差為±2μm,則區(qū)間半寬度a?=0.002mm,在區(qū)間內(nèi)呈均勻分布，取包含因子k?為√3,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：uB(W)=0.002mm/√3≈0.00115m