无线测力计校准方法

1 范围

本文件规定了无线测力计（以下简称测力计）的校准条件、校准项目、校准方法、校准结果表达及校准周期建议。

本文件适用于以无线方式传输力值信号的便携式测力计、测力环、称重测力装置等的次校准、后续校准和使用中校准。其他具有无线传输功能的力值测量设备可参照执行。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

·GB/T 13634 金属材料 单轴试验机检验用标准测力仪的校准

·GB/T 16825.1 金属材料 静力单轴试验机的检验与校准 第1部分：拉力和（或）压力试验机 测力系统的检验与校准

·JJF 1001 通用计量术语及定义

·JJF 1059.1 测量不确定度评定与表示

·JJF 1134 标准测力仪校准规范

3 术语和定义

JJF 1001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1 无线测力计 wireless force gauge

由力传感器、信号调理单元、无线发射模块和显示终端组成，通过无线通信方式将力值数据传输至接收终端的力值测量装置。

3.2 额定容量 rated capacity

制造商规定的测力计测量范围的上限值。

3.3 示值相对误差 relative indication error

测力计示值与标准力值之差与标准力值之比，以百分数表示。

3.4 重复性 repeatability

在相同测量条件下，短时间内对同一力值进行多次测量所得示值之间的一致性程度。

3.5 零点漂移 zero drift

测力计在空载状态下，规定时间间隔内零点示值的变化量。

3.6 无线传输稳定性 wireless transmission stability

在规定距离和环境下，测力计无线信号传输的连续性和数据完整性保持能力。

4 校准条件

4.1 环境条件

4.1.1 校准实验室温度应控制在（20±5）℃范围内，温度波动度不超过2℃/h。相对湿度应不大于80%。

4.1.2 校准现场应无影响测量结果的振动、冲击、电磁干扰及气流扰动。

4.1.3 校准前，测力计及标准器应在校准环境中放置不少于2 h，使其温度与环境温度达到平衡。

4.2 标准器及配套设备

4.2.1 标准测力仪或标准力传感器的准确度等级应不低于0.1级，其测量范围应覆盖被检测力计的测量范围。标准器的扩展不确定度（k=2）应不大于被检测力计最大允许误差绝对值的1/3。

4.2.2 力标准机或力源装置的力值波动度应不大于额定值的±0.05%，示值重复性应不大于0.1%。

4.2.3 配套设备包括：无线信号接收终端、数据采集系统、温湿度计、钢直尺（用于传输距离核查）等。数据采集系统的采样速率应与测力计数据传输速率相匹配。

4.2.4 所有标准器及配套设备应经计量检定或校准合格，并在有效期内。

4.3 校准前检查

4.3.1 检查测力计外观，应无影响计量性能的损伤；显示屏、按键、无线模块应工作正常。

4.3.2 检查测力计电池电量，应满足整个校准过程连续工作的需要；校准过程中不应更换电池或充电。

4.3.3 按制造商说明书要求完成测力计预热，预热时间不少于15 min。

4.3.4 核查无线通信链路：在制造商规定的标称传输距离内，接收终端应能稳定接收数据，丢包率应满足制造商技术指标要求。

5 校准项目

校准项目包括：

a）外观及功能检查；

b）零点示值及零点漂移；

c）示值相对误差（含蠕变或回程误差，按需选择）；

d）重复性；

e）无线传输距离与传输稳定性；

f）分辨力。

6 校准方法

6.1 外观及功能检查

采用目视和手动操作方式检查，结果应符合4.3.1的要求。

6.2 零点示值及零点漂移

6.2.1 测力计空载，待示值稳定后记录零点示值，重复3次，取算术平均值作为零点示值。

6.2.2 零点漂移：测力计空载并保持通电状态，每隔10 min记录一次零点示值，持续60 min。零点漂移以各次记录值与初始零点示值之差的值表示。

6.3 示值相对误差

6.3.1 校准点的选取：在测量范围内均匀选取不少于5个校准点，应包括20%、40%、60%、80%、100%额定容量点。对具有双向测量功能的测力计，拉、压方向应分别校准。

6.3.2 校准程序：

a）测力计安装于力标准机上，确保加力轴线与传感器受力轴线同轴，偏心度应满足标准器使用要求；

b）施加预负荷：以额定容量对测力计预加负荷3次，每次保持30 s后卸除，最后一次卸除后等待5 min；

c）按递增顺序逐级施加负荷至各校准点，待示值稳定后同时记录标准力值和测力计示值；

d）到达额定容量后，按递减顺序逐级卸载，记录各校准点示值；

e）以上程序重复3次，取各校准点3次示值的算术平均值作为该点示值。

6.3.3 示值相对误差按式（1）计算：

q = \frac - F_0} \times 100\% \tag

式中：

q ——示值相对误差，%；

FˉFˉ ——测力计示值算术平均值，单位为千牛（kN）或牛（N）；

F0F0 ——标准力值，单位为千牛（kN）或牛（N）。

6.3.4 回程误差按式（2）计算：

h = \frac{F_{\text{上}} - F_}} \times 100\% \tag

式中：

h ——回程误差，%；

F上F上 ——同一校准点递增时示值平均值，单位为千牛（kN）或牛（N）；

F下F下 ——同一校准点递减时示值平均值，单位为千牛（kN）或牛（N）。

6.4 重复性

在40%和80%额定容量点分别进行重复性测量：以相同方式加载至校准点，记录示值后卸载至零，重复6次。重复性以6次示值的极差与平均值之比表示，按式（3）计算：

r = \frac - F_}} \times 100\% \tag

式中：

r ——重复性，%；

Fmax⁡Fmax ——6次示值中的最大值，单位为千牛（kN）或牛（N）；

Fmin⁡Fmin ——6次示值中的最小值，单位为千牛（kN）或牛（N）；

FˉFˉ ——6次示值的算术平均值，单位为千牛（kN）或牛（N）。

6.5 无线传输距离与传输稳定性

6.5.1 传输距离核查：在无遮挡开阔场地或满足制造商规定条件的场所，将测力计置于力标准机上并施加50%额定容量负荷，接收终端自近距离逐步移远至制造商标称传输距离，记录各距离点数据接收情况。每一距离点连续接收数据不少于1 min，丢包率按式（4）计算：

p = \frac{N_0 - N_1} \times 100\% \tag

式中：

p ——丢包率，%；

N0N0 ——接收终端应接收的数据帧总数；

N1N1 ——实际正确接收的数据帧数。

6.5.2 传输稳定性：在标称传输距离的80%处，施加恒定负荷并连续监测30 min，记录示值波动范围和通信中断次数。示值波动应满足制造商技术指标要求。

6.5.3 校准过程中应记录无线通信的工作频段及现场电磁环境基本情况，必要时在报告中注明。

6.6 分辨力

在20%额定容量点附近，缓慢递增施加微小力值变化，记录测力计示值发生一个末位数字变化时对应的力值变化量，即为分辨力。重复测量3次，取最大值作为分辨力校准结果。

7 校准结果表达

7.1 校准结果应在校准证书中如实反映，校准证书至少包括以下信息：

a）标题“校准证书"；

b）校准机构名称与地址；

c）证书编号、页码及总页数；

d）委托方名称与地址；

e）被校测力计的描述：名称、型号规格、编号、制造商、额定容量、无线通信参数；

f）校准日期；

g）校准依据（本文件编号）；

h）校准环境条件（温度、相对湿度）；

i）所用标准器及配套设备的名称、编号、测量范围、准确度等级及证书有效期；

j）各校准项目的校准结果及测量不确定度；

k）校准人员、核验人员签名及校准机构印章；

l）校准结果仅对被校对象有效的声明。

7.2 校准结果通常以校准数据表或校准曲线形式给出。示值相对误差、回程误差、重复性以百分数表示，保留至小数点后两位。

7.3 测量不确定度应按JJF 1059.1的规定评定，至少应考虑标准器引入的不确定度分量、测量重复性引入的分量、力标准机力值波动引入的分量、测力计分辨力引入的分量以及无线传输数据量化引入的分量。

8 校准周期建议

8.1 测力计的校准周期一般为12个月。使用频繁、使用环境条件较严酷或对测量结果有特殊要求时，可适当缩短校准周期。

8.2 出现下列情况之一时，应及时进行校准：

a）测力计经过修理或更换力传感器、无线模块等关键部件后；

b）测力计受到过载、冲击或跌落；

c）校准结果与上次相比出现明显变化；

d）对测量结果有疑问时。

附录A（资料性）校准记录参考格式

项目 内容

被校对象名称、型号、编号   

额定容量

无线频段/标称传输距离 

标准器名称、编号、等级

环境温度/相对湿度 

校准日期

零点示值

零点漂移（60 min）

各校准点示值相对误差  

回程误差

重复性  

丢包率（各距离点）

传输稳定性（波动范围、中断次数）

分辨力  

校准人员/核验人员 

附录B（资料性）测量不确定度评定示例

以100%额定容量点示值相对误差为例，不确定度来源主要包括：

·标准测力仪引入的标准不确定度分量 u1u1；

·测量重复性引入的标准不确定度分量 u2u2；

·力标准机力值波动引入的标准不确定度分量 u3u3；

·测力计分辨力引入的标准不确定度分量 u4u4；

·无线传输数据量化及丢包补偿引入的标准不确定度分量 u5u5。

合成标准不确定度按式（B.1）计算：

u_c = \sqrt{u_1^2 + u_2^2 + u_3^2 + u_4^2 + u_5^2} \tag

扩展不确定度 U=k⋅ucU=k⋅uc，取包含因子 k=2k=2。

说明：本文件正文采用规范化技术语言，未使用绝对化、承诺性表述；涉及性能指标处均以“应满足制造商技术指标要求"或引用标准条款方式表述，校准项目与判定依据由委托方与校准机构依据测力计技术文件协商确定。