本文就光電式皮帶張力計(jì)提出一種計(jì)量校準(zhǔn)方法。

一、工作原理

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

光電式皮帶張力計(jì)主要由光學(xué)發(fā)射器、接收器、頻率測(cè)量分析單元、控制單元、顯示單元和計(jì)算軟件等部分構(gòu)成。光電式皮帶張力計(jì)根據(jù)測(cè)得的頻率，按式(1)計(jì)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(zhǎng)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(dòng)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(jí)0.01級(jí)，應(yīng)配備相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤(pán)。標(biāo)準(zhǔn)器和轉(zhuǎn)盤(pán)如圖1所示。

圖1  標(biāo)準(zhǔn)器和反光轉(zhuǎn)盤(pán)

三、校準(zhǔn)項(xiàng)目及方法

1.頻率示值誤差

光電式皮帶張力計(jì)的工作頻率主要集中在10Hz～600Hz，對(duì)應(yīng)大多數(shù)光電式皮帶張力計(jì)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(yùn)行。

(2)將光電式皮帶張力計(jì)的光學(xué)探測(cè)頭垂直靠近轉(zhuǎn)盤(pán)并對(duì)準(zhǔn)貼在其上面的反光紙面，與轉(zhuǎn)盤(pán)的距離應(yīng)與使用說(shuō)明書(shū)的要求保持一致，測(cè)量過(guò)程中探測(cè)頭避免與轉(zhuǎn)盤(pán)面發(fā)生接觸或碰撞。

 (3)調(diào)取光電式皮帶張力計(jì)頻率測(cè)量界面，在其工作頻率范圍內(nèi)，均勻地選取不少于6個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，推薦如下頻率點(diǎn):10Hz、30Hz、50Hz、70Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz和600Hz(對(duì)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(diǎn)上重復(fù)測(cè)量3次，記錄各校準(zhǔn)點(diǎn)的頻率示值。同時(shí)，在10Hz、50Hz、100Hz和500Hz頻率點(diǎn)處，記錄張力測(cè)量值顯示界面的張力顯示值。

(4)按式(2)計(jì)算頻率示值誤差，每一頻率點(diǎn)3次測(cè)量結(jié)果中的示值誤差絕對(duì)值最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的示值誤差即為該點(diǎn)頻率示值誤差。

示值誤差計(jì)算公式:

δ_m=f_m-f₂  (2)

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

2.張力測(cè)量值與張力理論值的相對(duì)誤差

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

式中:δ_T——張力測(cè)量值與張力理論值的相對(duì)誤差，%；T_m——張力測(cè)量值，N；T_s——張力理論值，N。

四、總結(jié)

光電式皮帶張力計(jì)以其在測(cè)量皮帶張緊力方面具有較多優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)，目前應(yīng)用企業(yè)和領(lǐng)域較廣。由于光電式皮帶張力計(jì)還沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家計(jì)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(shí)驗(yàn)操作以及大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)整理，同時(shí)參考了JJF1216-2009《音波式皮帶張力計(jì)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(guó)計(jì)量》雜志2019年第5期

作者：江蘇省蘇州市計(jì)量測(cè)試院 姚明  金濤