如何测量张力计误差和不确定度分析

1.当张力计安装到钢索上后，由于张力计的测量结构特点，如采用调整钢索标准张力值，则此时张力计由于支点处的摩擦阻力的影响，张力计的示值将不随钢索标准张力值调整而变化(或变化很小)，这给校准引入了较大的误差。利用CDI公司TFC-2000型张力计测得的数据分析，其不确定度主要来源包括标准扭矩传感器示值偏差产生的不确定度分量<I>u</I>(<I>M</I>)、力臂长度偏差产生的不确定度分量<I>u</I>(<I>L</I>)、钢索直径偏差产生的不确定度分量<I>u</I>(<I>D</I>)。最后得出不确定度为0.5%。

2.杠杆砝码加载式校准方法

当张力计安装到钢索上后，由于张力计的测量结构特点将改变砝码力臂的水平状态，该标准装置采用调整加力器方式，调整砝码力臂水平状态。同上所述，这给校准引入了一定的误差。利用杠杆砝码加载式装置测得的数据分析，其不确定度主要来源包括力臂受力产生的绕度、力臂水平位置偏差引起的标准不确定度分量<I>u</I>(<I>L</I>)，砝码质量测量的不确定度、装置所处地理位置的差异(<I>g</I>值)、测试环境温度变化引入的标准不确定度分量<I>u</I>(<I>F</I>)。最后得出不确定度为0.4%。

3.砝码垂直加载式校准方法

按张力计要求正确选择钢索，根据检定点数值加载砝码，然后将张力计正确安装在钢索上。此校准方法由于钢索螺旋编织原因，钢索在加载张力后，会发生旋转伸长现象，这给校准引入了一定的误差。应防止钢索受力后的砝码旋转现象发生，否则将影响校准的准确性。利用砝码垂直加载式装置测得的数据分析，其不确定度主要来源包括砝码质量测量的不确定度、装置所处地理位置的差异(<I>g</I>值)、测试环境温度变化引入的标准不确定度分量<I>u</I>(<I>F</I>)。最后得出不确定度为0.05%。

通过对3种数显张力计校准方法的比较，我们可以知道，利用力传感器式校准方法研制的设备体积小、便于携带，量程和准确度取决于所选用的传感器，测量不确定度相比其他两种方法略高一些。而利用砝码垂直加载式校准方法研制的设备所需的砝码量多，在测量时较费力，但此校准方法的测量不确定度最小。利用杠杆砝码加载式校准方法研制的设备体积较大，所需的砝码相对砝码垂直加载式的要少，测量不确定度在前两种校准方法之间。根据目前各个计量单位的使用和校准现状，力传感器式校准方法适用于作为工作标准使用的计量单位，而杠杆砝码加载式校准方法和砝码垂直加载式校准方法适用于作为实验室标准使用的计量单位。