本文就光電式皮帶張力計提出一種計量校準(zhǔn)方法。

一、工作原理

光電式皮帶張力計是以光學(xué)測振原理測量皮帶張力的非接觸式測力儀，其工作原理是通過光電傳感器采集被測物體的頻率信號，由微電腦軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過公式計算得到皮帶張力。

光電式皮帶張力計主要由光學(xué)發(fā)射器、接收器、頻率測量分析單元、控制單元、顯示單元和計算軟件等部分構(gòu)成。光電式皮帶張力計根據(jù)測得的頻率，按式(1)計算皮帶張力。

T=4×M×W×S×f²  (1)

式中:T——皮帶張力，N；M——皮帶單位長度單位寬度的質(zhì)量，kg/m²；W——皮帶寬度，m； S——兩皮帶輪跨距，m；f——振動固有頻率(基頻)， Hz。

二、校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器

轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置，準(zhǔn)確度等級0.01級，應(yīng)配備相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤。標(biāo)準(zhǔn)器和轉(zhuǎn)盤如圖1所示。

圖1  標(biāo)準(zhǔn)器和反光轉(zhuǎn)盤

三、校準(zhǔn)項目及方法

1.頻率示值誤差

光電式皮帶張力計的工作頻率主要集中在10Hz～600Hz，對應(yīng)大多數(shù)光電式皮帶張力計的固有頻率范圍。校準(zhǔn)方法為:

(1)轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置需經(jīng)預(yù)熱并穩(wěn)定運行。

(2)將光電式皮帶張力計的光學(xué)探測頭垂直靠近轉(zhuǎn)盤并對準(zhǔn)貼在其上面的反光紙面，與轉(zhuǎn)盤的距離應(yīng)與使用說明書的要求保持一致，測量過程中探測頭避免與轉(zhuǎn)盤面發(fā)生接觸或碰撞。

 (3)調(diào)取光電式皮帶張力計頻率測量界面，在其工作頻率范圍內(nèi)，均勻地選取不少于6個頻率點進(jìn)行測量，推薦如下頻率點:10Hz、30Hz、50Hz、70Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz和600Hz(對應(yīng)轉(zhuǎn)速分別為600r/min、1800r/min、3000r/min、4200r/min、6000r/min、12000r/min、18000r/min、24000r/min、30000r/min、36000r/min)。在每一頻率點上重復(fù)測量3次，記錄各校準(zhǔn)點的頻率示值。同時，在10Hz、50Hz、100Hz和500Hz頻率點處，記錄張力測量值顯示界面的張力顯示值。

(4)按式(2)計算頻率示值誤差，每一頻率點3次測量結(jié)果中的示值誤差絕對值最大值點對應(yīng)的示值誤差即為該點頻率示值誤差。

示值誤差計算公式:

δ_m=f_m-f₂  (2)

式中:δ_m——光電式皮帶張力計的頻率示值誤差，Hz；f_m——光電式皮帶張力計的測量值，Hz；f₂——轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的轉(zhuǎn)動頻率標(biāo)準(zhǔn)值，Hz。

2.張力測量值與張力理論值的相對誤差

在10Hz、50Hz、100Hz和500Hz頻率點處，由式(1)計算得到張力理論值和上述頻率示值誤差測量過程中記錄的張力測量值，根據(jù)式(3)計算各頻率點處張力測量值與張力理論值的相對誤差(根據(jù)皮帶常用種類和安裝狀態(tài)，建議設(shè)置光電式皮帶張力計的參數(shù)為:M=5kg/m²,W=10mm,S=1000mm)。

式中:δ_T——張力測量值與張力理論值的相對誤差，%；T_m——張力測量值，N；T_s——張力理論值，N。

四、總結(jié)

光電式皮帶張力計以其在測量皮帶張緊力方面具有較多優(yōu)勢的特點，目前應(yīng)用企業(yè)和領(lǐng)域較廣。由于光電式皮帶張力計還沒有相應(yīng)的國家計量檢定規(guī)程或者校準(zhǔn)規(guī)范作為量值溯源與傳遞的工作指導(dǎo)，本文僅根據(jù)筆者多年重復(fù)的實驗操作以及大量實驗數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計整理，同時參考了JJF1216-2009《音波式皮帶張力計校準(zhǔn)規(guī)范》等相關(guān)校準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容。

本文刊發(fā)于《中國計量》雜志2019年第5期

作者：江蘇省蘇州市計量測試院 姚明  金濤