如何測量張力計誤差和不確定度分析

1.當張力計安裝到鋼索上后，由于張力計的測量結構特點，如采用調整鋼索標準張力值，則此時張力計由于支點處的摩擦阻力的影響，張力計的示值將不隨鋼索標準張力值調整而變化(或變化很小)，這給校準引入了較大的誤差。利用CDI公司TFC-2000型張力計測得的數據分析，其不確定度主要來源包括標準扭矩傳感器示值偏差產生的不確定度分量<I>u</I>(<I>M</I>)、力臂長度偏差產生的不確定度分量<I>u</I>(<I>L</I>)、鋼索直徑偏差產生的不確定度分量<I>u</I>(<I>D</I>)。最后得出不確定度為0.5%。

2.杠桿砝碼加載式校準方法

當張力計安裝到鋼索上后，由于張力計的測量結構特點將改變砝碼力臂的水平狀態，該標準裝置采用調整加力器方式，調整砝碼力臂水平狀態。同上所述，這給校準引入了一定的誤差。利用杠桿砝碼加載式裝置測得的數據分析，其不確定度主要來源包括力臂受力產生的繞度、力臂水平位置偏差引起的標準不確定度分量<I>u</I>(<I>L</I>)，砝碼質量測量的不確定度、裝置所處地理位置的差異(<I>g</I>值)、測試環境溫度變化引入的標準不確定度分量<I>u</I>(<I>F</I>)。最后得出不確定度為0.4%。

3.砝碼垂直加載式校準方法

按張力計要求正確選擇鋼索，根據檢定點數值加載砝碼，然后將張力計正確安裝在鋼索上。此校準方法由于鋼索螺旋編織原因，鋼索在加載張力后，會發生旋轉伸長現象，這給校準引入了一定的誤差。應防止鋼索受力后的砝碼旋轉現象發生，否則將影響校準的準確性。利用砝碼垂直加載式裝置測得的數據分析，其不確定度主要來源包括砝碼質量測量的不確定度、裝置所處地理位置的差異(<I>g</I>值)、測試環境溫度變化引入的標準不確定度分量<I>u</I>(<I>F</I>)。最后得出不確定度為0.05%。

通過對3種數顯張力計校準方法的比較，我們可以知道，利用力傳感器式校準方法研制的設備體積小、便于攜帶，量程和準確度取決于所選用的傳感器，測量不確定度相比其他兩種方法略高一些。而利用砝碼垂直加載式校準方法研制的設備所需的砝碼量多，在測量時較費力，但此校準方法的測量不確定度最小。利用杠桿砝碼加載式校準方法研制的設備體積較大，所需的砝碼相對砝碼垂直加載式的要少，測量不確定度在前兩種校準方法之間。根據目前各個計量單位的使用和校準現狀，力傳感器式校準方法適用于作為工作標準使用的計量單位，而杠桿砝碼加載式校準方法和砝碼垂直加載式校準方法適用于作為實驗室標準使用的計量單位。