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1、中华人民共和国工业和信息化部 机械计量技术规范JJF (机械)10772021弹性元件特性仪校准规范Calibration Specification for Metrical Instrument of Elastic Element2021-12-02发布2022-04-01 实施中 华 人 民 共 和 国 工 业 和 信 息 化 部 发布JJF (机械)10772021弹性元件特性仪校准规范Calibration Specification for MetricalInstrument of Elastic ElementJJF (机械)10772021代替 JJF (机械)025200
2、8归 口 单 位：中国机械工业联合会主要起草单位：沈阳国仪检测技术有限公司参加起草单位：沈阳仪表科学研究院有限公司国家管道元件产品质量检验检测中心国家仪器仪表元器件质量检验检测中心海装沈阳局辽宁省凌源第四监狱本规范委托全国机械汽车专业计量技术委员会负责解释J J F ( 机 械 ) 1 0 7 7 2 0 2 1本规范主要起草人：李晓旭(沈阳国仪检测技术有限公司)于振毅(国家仪器仪表元器件质量检验检测中心)孙占远(国家管道元件产品质量检验检测中心)冯 波(沈阳国仪检测技术有限公司)参加起草人：张文博(国家仪器仪表元器件质量检验检测中心) 倪宏祥(国家仪器仪表元器件质量检验检测中心)李鹏程(海装
3、沈阳局)时会强(沈阳仪表科学研究院有限公司)李中宇(沈阳国仪检测技术有限公司)丛 鹏(辽宁省凌源第四监狱)一JJF (机械)10772021目 录引言 ()1 范围 ( 1)2 引用文件 ( 1)3 概述( 1)4 计量特性( 1)4.1 标志 ( 1)4.2 外观 ( 1)4.3 各部分相互作用 ( 1)4.4 垂直度 ( 1)4.5 准确度 ( 1)4.6 分辨力 (2)4.7 重复性 (2)5 校准条件 (2)5.1 环境条件 (2)5.2 校准器具 (2)6 校准方法 (3)6.1 标志 (3)6.2 外观 (3)6.3 各部分相互作用 (3)6.4 垂直度 (3)6.5 准确度 (3
4、)6.6 重复性 (4)6.7 分辨力 (5)7 校准结果表达 (6)8 复校时间间隔 (6)附录A 集中力刚度校准结果的测量不确定度评定 (7)附录 B 均布力刚度校准结果的测量不确定度评定 (10)附录C 校准证书信息及格式 ( 13)参考文献 ( 14)IJJF (机械)10772021引 言本规范依据JJF10712010 国家计量校准规范编写规则、JJF 10012011通用计量术语及定义、JJF 1059.12012测量不确定度评定与表示编制。本规范代替 JJF (机械)0252008弹性元件特性仪校准规范,与 JJF (机械)0252008相比主要技术变化如下：在4.4“垂直度”
5、中，将垂直度误差由“在移动100 mm 范围内不得大于0.2 mm”改为“在移动50mm 范围内不得大于0.1mm”。在表1“特性仪的准确度”中，将集中力的准确度由0.1%(1 级)、0.2% (2级)、1.0%(3级)改为0.05%(1级)、0.1%(2级)、0.5%(3级)。在表2“特性仪的分辨力”中，将位移分辨力由0.1m(1 级)、1m(2 级)、 0.01mm(3 级)改为0.5m(1 级)、1m(2 级)、2m(3 级)。对表4“校准项目和主要校准器具”进行了以下修改：准确度校准器具改为四等或五等量块， M 、Mi 、M 或 M 等级砝码，0.02%或0.005%的压力计；重复性校
6、准器具改为四等或五等量块，M 、M 、M 或 M 等级砝码，0.02%或0.005%的压力计；分辨力校准器具改为电感测微仪， F 、M 或 M 等级砝码，0.02%或0.005%的压 力计。在6.5“准确度”中对位移、集中力和均布力的准确度测试分别进行了更详细 的描述”。- 公式(4)、公式(5)、公式(6)由“Wmx=W-M”“Omax=Qr-Qm”“Pma=P-Pa” 改 为 “Wmax=W-Wama.”“Omax=Qr-Qm.”“Pmx=Pr-Palma.”。对原附录C“不确定度评定示例”进行修改，见附录A 和附录 B。本规范所代替规范的历次版本发布情况为：JJG (机械)1041992
7、;JJF(机械)0252008。IIJJF (机械)10772021弹性元件特性仪校准规范1 范围本规范适用于弹性元件特性仪(以下简称“特性仪”)的首次校准、后续校准和使用中检查。2 引用文件本规范引用了下列文件：JJF 1059.12012 测量不确定度评定与表示凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用文件， 其最新版本(包括所有的修订单)适用于本规范。3 概述特性仪是用于测量弹性元件(如金属波纹管、膜片、膜盒等)特性参数的仪器，可 测得集中力与位移、均布力与位移、集中力与均布力之间的关系曲线，从而导出表征弹 性元件集中力刚度特性、均布力刚度特性、有效面积特性及有
8、关的性能参数，主要由集 中力加载系统、均布力加载系统、位移测量系统及定位瞄准系统四部分组成。4 计量特性4.1 标志特性仪应有铭牌，标明制造单位名称、产品型号、出厂编号和制造年月。4.2 外观特性仪表面应无碰伤、锈蚀和明显划痕；新投入使用的特性仪，非工作表面应无毛刺、涂镀层脱落以及影响外观质量的其他缺陷。4.3 各部分相互作用特性仪各运动手柄、旋钮、开关调节应灵活，工作应可靠。4.4 垂直度位移测量系统对工作台面的垂直度误差，在移动50mm 范围内不得大于0.1 mm。4.5 准确度准确度等级分为1级、2级、3级，各等级的准确度要求应符合表1的规定。表1 特性仪的准确度校准参数量程范围准确度等
9、级1级2 级3 级位 移 W(010)mm土2m5 m10 m(050)mm土5 m20 m土50 m集 中 力 Q(0200)N0.05%0.1%0.5%(02000)N均 布 力 P(010)MPa0.02%土0.05%0.1%1JJF (机械)107720214.6 分辨力各准确度等级的特性仪，其分辨力应不超过表2的规定。表 2 特性仪的分辨力校准参数量程范围准确度等级1级2级3级位 移 W(010)mm0.5 m1m2m(050)mm集中力Q(0200)N0.01 N0.05 N0.1 N(02000)N0.1 N0.5 N1N均布力P(010)MPa0.005%0.01%0.05%4
10、.7 重复性各准确度等级的特性仪，其特性参数的重复性应不超过表3的规定。表 3 特性参数的重复性校准参数特性参数关系准确度等级1级2级3级集中力刚度JN/mmJ=Q/W0.2%土0.5%1.0%均布力刚度JMPa/mmJp=P/W0.2%0.5%1.0%有效面积EN/MPaE=Q/P0.2%0.5%1.0%5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 温度条件：(205)。5.1.2 相对湿度：45%75%。5.1.3 大气压力：86 kPa106 kPa。5.1.4 周围应无影响正常工作的机械振动和电磁场干扰。5.2 校准器具主要校准器具见表4。表 4 校准项目和主要校准器具序号校准项H标准计量器
11、具首次校准后续校准使用中检查1标志+2外观+十+3各部分相互作用+2JJF (机械)10772021表4 校准项目和主要校准器具 (续)序号校准项目标准计量器具首次校准后续校准使用中检查4垂直度指示表：示值允许误差为0.001 mm或0.01 mm+5准确度四等或五等量块M 、Mi 、M 或M等级砝码0.02%或0.005%的压力计+6重复性四等或五等量块M 、M2、M 或M等级砝码0.02%或0.005%的压力计+7分辨力电感测微仪F 、M或Mi等级砝码0.02%或0.005%的压力计+十注：“+”为校准项目，“”为不校准项目。6 校准方法6.1 标志目视检查，结果应符合4.1 的要求。6.
12、2 外观目视检查，结果应符合4.2的要求。6.3 各部分相互作用目视及触觉检查，结果应符合4.3的要求。6.4 垂直度以特性仪工作台面为基准，利用指示表对位移测量轴进行垂直度检测，结果应符合 4.4的规定。6.5 准确度6.5.1 总则位移、集中力和均布力的准确度分别用量块、砝码和压力计进行校准。6.5.2 位移分别在特性仪的两个位移范围内，均分出5个校准间隔，使用相对应位移值的量块 进行校准。首先，将特性仪的位移测量系统进行置零，按确定的校准间隔，正行程(方 向)测量对应的量块值至满量程，再进行反向测量。6.5.3 集中力校准方法如下：a) 使特性仪的集中力加载系统施加预负荷至少3 次，每次
13、额定负荷的保持时间应为 3 0s1 min, 每次加载至额定负荷后，卸载到零负荷，等待至少30s。b) 卸除最后一次预负荷之后，等待1 min, 可对激励电压进行检测或调整，调整特性仪集中力加载系统的量程和零点，读取零点输出值。c) 试验的初级载荷力值般为额定负荷的10%20%,校准点应尽量均匀分布， 选择8点(分别为额定负荷的10%、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%)。3JJF (机械)10772021 d) 逐级施加递增负荷，直到额定负荷。在每一级负荷加到后，保持一定时间，再读取输出值。读数稳定后读取，或30s 后读取。e) 达到额定负荷后，逐级施加递减负荷。在每一
14、级负荷退回后，保持一定时间，再读取输出值。读数稳定后读取，或30s 后读取。f) 退回到零负荷，保持1 min, 读取零点输出值。需要时，重新调整特性仪侧移装 置的零点。连续重复e) 、f) 步骤至少3次。6.5.4 均布力校准前应做3次升压预压试验，使被试均布力加载系统压力升到测量上限值，待压 力稳定后降压，返回零点，然后在包括测量上、下限的全量程范围内选择均匀分布的6 个11 个校准点进行校准。校准中升压和降压应平稳，避免有冲击和过压现象。升压、 降压的校准循环次数为3次。在各个校准点上应待压力稳定后进行读数，做好记录。6.5.5 数据处理校准后，位移准确度、集中力准确度和均布力准确度应符
15、合表1的规定。三项参数 的准确度分别按公式(1)、公式(2)、公式(3)计算。Ew=Wimax (1) (2) (3)式中：ew、En和 en 位移准确度、集中力准确度和均布力准确度；Wv、O 和 P 测各个点 (i=1,2,3,n) 的位移误差值、集中力误差值和均布力误差值，并选取最大的位移误差值、最大的集 中力误差值和最大的均布力误差值。各个最大误差值按公 式(4)、公式(5)、公式(6)计算；Q 和 Pg 集中力满量程值和均布力满量程值。Wax-W-Whmax (4)Qmax=Q-Qhimax (5)Pmax=P-PHmax (6)式中：W 、Q和P 校准点i 的实际位移值、实际集中力值
16、和实际均布力值； WH 、Q 和P 校准点i 的标准位移值、标准集中力值和标准均布力值。6.6 重复性集中力刚度、均布力刚度和有效面积的重复性，使用铍青铜波纹管在特性仪上进行校 准，校准点分别包括其测量量程范围内的至少1个点，测试时，每个校准点首先预测2次， 然后测量10次，记录10次测量结果。依据JJF1059.12012 中4.3.2.2的贝塞尔公式法计 算10次测量结果的标准偏差，测量重复性则通过标准偏差进行表征。校准后，集中力 刚度重复性、均布力刚度重复性和有效面积重复性应符合本规范表3的规定。集中力刚度、均布力刚度和有效面积的重复性分别按本规范公式(7)、公式(8)、 公式(9)计算
17、。4JJF (机械)10772021式中：8 集中力刚度重复性；(7)(8)(9)k 包含因子，取 k=2;sj 集 中力刚度标准偏差；J、J 和E 检测n 次的集中力刚度平均值、均布力刚度平均值和有效面积平均值； 均布力刚度重复性；8p均布力刚度标准偏差；g有效面积重复性；Sg 有效面积标准偏差。集中力刚度、均布力刚度和有效面积的标准偏差分别按本规范公式(10)、公式(11)、公式(12)计算。(10)(11)(12)式中：Jj、Jpi 和 E 测定第i 点的集中力刚度值、均布力刚度值和有效面积值；了、丁。和 E. 检测 n 次的集中力刚度平均值、均布力刚度平均值和有效面积平均值； n检测次
18、数，取n=10。6.7 分辨力位移、集中力和均布力的分辨力分别用电感测微仪、砝码和压力计进行测量，记录 能分辨的最小分辨值，位移分辨力 P 和集中力分辨力 Y 应符合表2的规定；均布力 分辨力Pp按公式(13)计算，应符合表2的规定。(13)5JJF (机械)10772021 式中：P 均布力分辨力；Pm 均布力最小分辨力值；P 均布力满量程值。7 校准结果表达经校准符合本规范相应等级要求的特性仪，出具该等级的校准证书；不符合本规范 等级要求的特性仪，给出校准结果。8 复校时间间隔特性仪根据使用具体情况确定校准周期，复校时间间隔一般最长不超过2年。6JJF (机械)10772021附录 A集中
19、力刚度校准结果的测量不确定度评定A.1 测量方法集中力刚度是通过特性仪的位移测量系统和集中力加载系统联合工作来测试的，涉 及两个基本物理量。集中力刚度测试时，对被测弹性元件施加规定的测试位移，在此位 移下，测得相应的力载荷值，按照胡克定律计算获得刚度值。对位移测量系统位移精度 为2 m, 集中力加载系统测量精度为0.05%的特性仪进行校准，以测试位移为5mm 、 力载荷为100N 的校准点为例，进行不确定度评定。A.2 测量模型式中：J集中力刚度测试值， N/mm;Q测量的集中力值， N;W测量的位移值，mm。以某弹性元件为例，测量位移为5 mm 时，集中力值为100 N, 计算得到集中力刚
20、度值J=Q/W=20.00 N/mm。A.3 测量不确定度来源分析A.3.1 由测量方法和数学模型可以看出，刚度测量结果的不确定度来源主要为集中力测量结果和位移测量结果两个不确定度分量。A.3.2. 集中力不确定度来源：主要包括由测量重复性引入的不确定度和由集中力加载系统允许误差引入的不确 定度。A.3.3 位移不确定度来源：主要包括由测量重复性引入的不确定度和由位移测量系统允许误差引入的不确定度。A.4 灵敏系数A.5 标准不确定度评定A.5.1 标准不确定度(Q)评定A.5.1.1 由测量重复性引入的标准不确定度uA(Q)在重复性测量条件下，对弹性元件集中力进行10 次重复测量，得到结果见
21、表 A.1。7JJF(机械)10772021 表A.1 集中力重复性测量数据NQ100.001Q100.001Q99.999Q4100.000Qs100.001Q100.002Q100.001Q100.001Q999.999Q1o100.001Q100.0006s(C)0.00097则由测量重复性引入的标准不确定度：uA(Q)=s(Q)=0.00097NA.5.1.2 由集中力加载系统允许误差引入的标准不确定度ug(Q)经校准合格的集中力加载系统的允许误差为0.05%,则区间半宽度a=0.05 N,在区间内呈均匀分布，取包含因子k为3,则标准不确定度：uB(Q)=0.05N/30.029 NA
22、.5.1.3 标准不确定度u(Q)的计算u(Q)=u(Q)+u(Q)=(0.00097 N)+(0.029 N)0.029 NA.5.2 标准不确定度u(W)评定A.5.2.1 由测量重复性引入的标准不确定度u(W)在重复性测量条件下，对5mm 位移进行10次重复测量，得到结果见表 A.2。表 A.2 集中力刚度校准时位移重复性测量数据mmW5.0002W5.0001W5.0003W5.0002Ws5.0005W5.0006W5.00048JJF (机械)1077 2021表 A.2 集中力刚度校准时位移重复性测量数据(续)mmW5.0003W5.0002Wio5.0001W5.00029s(
23、W)0.00017则由测量重复性引入的标准不确定度；u(W)=s(W)=0.00017 mmA.5.2.2 由位移测量系统允许误差引入的标准不确定度uB(M)经校准合格的位移测量系统允许误差为2m, 则区间半宽度a-0.002 mm,在区 间内呈均匀分布，取包含因子k为3,则标准不确定度：ug(W)=0.002 mm/30.00115mmA.5.2.3 标准不确定度u(W)的计算(W)=u(W)+u(W)=(0.00017mm)+(0.00115mm)0.00117mmA.6 合成标准不确定度u=Cu(Q)+cu(W)0.0075 N/mm则相对标准不确定度：A.7 相对扩展不确定度Urei集
24、中力刚度的测量结果近似为正态分布，取包含因子k=2, 则扩展不确定度：Urei=kucrei=0.076%9JJF (机械)1077 2021附录 B均布力刚度校准结果的测量不确定度评定B.1 测量方法均布力刚度是通过特性仪的位移测量系统和均布力加载系统联合工作来测试的，涉 及两个基本物理量。均布力刚度测试时，对被测弹性元件施加规定的测试位移，在此位 移下，测得相应的均布力值，按照胡克定律计算获得刚度值。对位移测量系统位移精度 为2 m, 均布力加载系统测量精度为0.02%的特性仪进行校准，以测试位移为3 mm、均布力为100kPa 的校准点为例，进行不确定度评定。B.2 测量模型式中：J 均
25、布力刚度测试值，kPa/mm;P 测量的均布力值， kPa;W 测量的位移值，mm。以某弹性元件为例，测量位移为3 mm 时，均布力值为100 kPa, 计算得到均布力刚度值Jp=P/W=33.33 kPa/mm。B.3 测量不确定度来源分析B.3.1 由测量方法和数学模型可以看出，刚度测量结果的不确定度来源主要为均布力测量结果和位移测量结果两个不确定度分量。B.3.2 均布力不确定度来源：主要包括由测量重复性引入的不确定度和由均布力加载系统允许误差引入的不确定度。B.3.3 位移不确定度来源：主要包括由测量重复性引入的不确定度和由位移测量系统允许误差引入的不确定度。B.4 灵敏系数B.5 标
26、准不确定度评定B.5.1 标准不确定度u(P)评定B.5.1.1 由测量重复性引入的标准不确定度uA(P)在重复性测量条件下，对弹性元件均布力进行10 次重复测量，得到结果见表 B.1。10JJF (机械)1077 2021表B.1 均布力重复性测量数据kPaP100.00004P100.00006P99.99998P4100.00003Ps100.00005P100.00002P100.00008Pg100.00001P99.99993P1o100.00001P100.000021s(P)4.2810则由测量重复性引入的标准不确定度：uA(P)=s(P)=4.2810kPaB.5.1.2 由
27、均布力加载系统允许误差引入的标准不确定度ug(P)经校准合格的均布力加载系统的允许误差为0.02%,则区间半宽度a=0.02 kPa 在区间内呈均匀分布，取包含因子k 为 3,则标准不确定度：uB(P)=0.02 kPa/30.012 kPaB.5.1.3 标准不确定度u(P)的计算B.5.2 标准不确定度u(W)评定B.5.2.1 由测量重复性引入的标准不确定度u(W)在重复性测量条件下，对3mm 位移进行10次重复测量，得到结果见表 B.2。表 B.2 均布力刚度校准时位移重复性测量数据mmW3.0002W3.0003W3.0003W3.0004Ws3.0005W3.000611JJF (
28、机械)1077 2021 表B.2 均布力刚度校准时位移重复性测量数据(续)mmW3.0004Wg3.0003Wg3.0002Wio3.0004W3.00036s(W)0.00013则由测量重复性引入的标准不确定度：uA(W)=s(W)=0.00013 mmB.5.2.2 由位移测量系统允许误差引入的标准不确定度ug(W)经校准合格的位移测量系统允许误差为2 m, 则区间半宽度a=0.002 mm, 在区间内呈均匀分布，取包含因子k 为 3,则标准不确定度：un(W)=0.002 mm/30.00115 mmB.5.2.3 标准不确定度u(W)的计算u(W)=u(W)+u(W)=(0.0001
29、3 mm)+(0.00115mm)0.00116 mmB.6 合成标准不确定度ue=cu(P)+cu(W)0.0135则相对标准不确定度：kPa/mmB.7 相对扩展不确定度Uel均布力刚度的测量结果近似为正态分布，取包含因子k=2, 则扩展不确定度：Urel=kucre=0.082%12JJF (机械)10772021附录C校准证书信息及格式C.1 校准证书至少包括以下信息：a) 标题：“校准证书”;b) 实验室名称和地址；c) 进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d) 校准证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；e) 送校单位的名称和地址；f) 被校对象的描述和明确标识；g)
30、 进行校准的日期，如果校准证书与校准结果的有效性和应用有关，应说明被校对象的接收日期；h) 如果校准证书与校准结果的有效性和应用有关，应对被校样品的抽样程序进行说明；i) 校准所依据的技术规范的标识，包括名称及编号；j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k) 校准环境的描述；1)校准结果及其测量不确定度的说明；m) 对校准规范的偏离的说明；n) 校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o) 校准结果仅对被校对象有效的声明；p) 未经实验室书面批准，不得部分复制校准证书的声明。C.2 推荐的校准证书内页格式见表 C.1。表C.1 校准证书内页格式温度： 相对湿度： %序号校准项目校准结果1标志2外观3各部分相互作用4垂直度5准确度6重复性7分辨力校准依据：JJF(机械)10772021弹性元件特性仪校准规范。13J J F ( 机 械 ) 1 0 7 7 2 0 2 1J J F ( 机 械 ) 1 0 7 7 2 0 2 1参 考 文 献1 JB/T61692006 金属波纹管