HIỆU CHUẨN LỰC KẾ

Lực kế chuẩn là dụng cụ được dùng trong hiệu chuẩn các phương tiện thử độ bền, kéo, nén khác. Là một thiết bị quan trọng và có ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình hiệu chuẩn lực, việc hiệu chuẩn lực kế chuẩn là rất cần thiết. Vậy quy trình hiệu chuẩn lực kế chuẩn được thực hiện ra sao? Hãy cùng MicroTech tìm hiểu trong bài viết này nhé.

1. Giới thiệu lực kế chuẩn

Lực kế (cũng là máy đo lực) là dụng cụ đo dùng để đo lực. Việc đo này được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển, phòng thí nghiệm, chất lượng, sản xuất và môi trường thực địa. Có hai loại lực kế hiện nay: lực kế cơ học và lực kế kỹ thuật số. Đồng hồ đo lực thường đo áp suất theo mức tăng ứng suất và các yếu tố phụ thuộc khác của con người.

Phân loại lực kế:
+ Loại lực kế lò xo 
+ Loại lực kế vòng
+ Loại lực kế strain gauge

2. Cấu tạo và hoạt động

2.1. Loại lực kế lò xo

* Cấu tạo

Hình 2.1 Lực kế lò xo

*Nguyên lý hoạt động

Một lực kế cơ học thông thường, được gọi là thang đo lò xo, có móc và lò xo gắn vào một vật thể và đo lượng lực tác dụng lên lò xo để kéo dài nó. Một ví dụ khác là máy đo biến dạng cơ học.

2.2 Loại lực kế vòng

* Cấu tạo

*Nguyên lý hoạt động

Khi tác động lực vào điểm tiếp xúc đo, vòng chịu tải sẽ biến dạng chạm vào mỏ đo lúc này mỏ đo chuyển vị. Bộ phận hiện thị tính toán và đưa ra kế quả lực theo chuyển vị lớn hay nhỏ tùy vào lực tác dụng.

2.3. Loại lực kế strain gauge

* Cấu tạo

Hình 2.2 Lực kế Strain Gauge và cấu tạo Strain Gauge

*Nguyên lý hoạt động

Một ví dụ về lực kế kỹ thuật số là một cảm biến tải (cái này thường được kết hợp với phần mềm và màn hình). Một cảm biến tải là một thiết bị điện tử được sử dụng để chuyển đổi một lực thành tín hiệu điện. Thông qua một sự sắp xếp cơ học, lực được cảm nhận làm biến dạng một máy đo biến dạng. Máy đo biến dạng chuyển đổi biến dạng (biến dạng) thành tín hiệu điện. Phần mềm và thiết bị điện tử của máy đo lực chuyển đổi điện áp của tế bào tải thành giá trị lực được hiển thị trên thiết bị.

3. Ứng dụng lực kế

+ Đo lực căng, kéo.
+ Đo độ bền, độ chính xác.

4. Hiệu chuẩn lực kế

Lực kế xuất hiện rất nhiều trong các lĩnh vực đo lường trong sản xuất, chế tạo, xây dựng…đòi hỏi sự đảm bảo chính xác nhằm đưa ra những kết quả đo tin cậy. Việc hiệu chuẩn định kỳ ngoài việc đảm bảo sự ổn định chính xác, mà còn giúp phát hiện các thiết bị lỗi, hư hỏng để tránh ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất.

5. Quy trình hiệu chuẩn máy thử độ bền kéo nén

- Lưu ý: Đây là quy trình theo chuẩn chung, quy trình cụ thể trên thực tế sẽ có những điểm khác biệt nhất định, phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng.
- Nguồn: ĐLVN 339: 2020

5.1. Chuẩn sử dụng

STT	Phương tiện chuẩn/ Phụ kiện	Thông số kỹ thuật	Nhà sản xuất/ Kiểu máy
1	Trọng lượng tiêu chuẩn	Phạm vi: (0 ÷ 500) g	E2
2	Trọng lượng tiêu chuẩn	Phạm vi: (0 ÷ 10000) g	F1
3	Trọng lượng tiêu chuẩn	Phạm vi: (0 ÷ 20000) g	M2
4	Nhiệt kế	Phạm vi: (0 ÷ 50) ⁰C	± 0.5 ⁰C
5	Ẩm kế	Phạm vi: (20 ÷ 90) %RH	3 %RH
6	Kẹp, bộ điều hợp, chảo trọng lượng, móc treo, …v.v.	N / A	N / A

 

5.2. Phương pháp hiệu chuẩn

Sử dụng mẫu chuẩn lực để kiểm tra độ chính xác của thiết bị cần hiệu chuẩn.

5.3. Điều kiện hiệu chuẩn

- Nhiệt độ: (18 ÷ 28) ºC; độ ổn định ± 1,0 ºC.
- Độ ẩm: (50 ÷ 60) %RH; độ ổn định ± 5 %RH

​5.4. Các phép hiệu chuẩn

Để hiệu chuẩn máy thử độ bền kéo nén cần tiến hành thông qua các phép hiệu chuẩn sau:
- Kiểm tra bên ngoài
- Kiểm tra kỹ thuật
+ Kiểm tra độ phân giải bộ chỉ thị
+ Xác định ảnh hưởng khi điện áp lưới thay đổi
+ Xác định lực tối thiểu
- Kiểm tra đo lường
+ Sai số tương đối
+ Độ phân giải tương đối
+ Độ lệch điểm “0” tương đối
+ Độ tái lập tương đối
+ Độ lặp lập tương đối
+ Độ hồi sai tương đối
+ Độ trôi tương đối​

5.5. Chuẩn bị hiệu chuẩn

Trước khi bắt đầu hiệu chuẩn cần tiến hành chuẩn bị những công việc sau:
- Đối với lực kế chỉ thị hiện số thì trước khi hiệu chuẩn phải cho lực kế hoạt động ở trạng thái không tải tối thiểu 30 phút hoặc theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Máy chuẩn lực được chuẩn bị làm việc theo đúng hướng dẫn sử dụng.

5.6. Tiến hành hiệu chuẩn

5.6.1. Kiểm tra bên ngoài

Cần tiến hành kiểm tra ngoại quan bên ngoài để đảm bảo thước cặp đáp ứng các yêu cầu sau:
- Lực kế phải có các thông tin rõ ràng: kiểu, số hiệu, phạm vi đo, nhà sản xuất,…
- Lực kế phải có đầy đủ các chi tiết và phụ kiện kèm theo để đảm bảo truyền lực đúng tâm và đồng trục.A65

5.6.2. Kiểm tra kỹ thuật

* Kiểm tra độ phân giải bộ chỉ thị

** Kiểm tra bộ phận chỉ thị bằng kim

- Các vạch chia trên thang đo phải có độ dày như nhau và độ dày của kim chỉ phải gần tương đương chiều dày của vạch chia.
- Độ phân giải, r, của cơ cấu chỉ thị được tính từ tỷ số bề rộng của kim chỉ và khoảng cách giữa tâm hai vạch chia liền nhau. Tỷ số này thường là 1:2, 1:5, hoặc 1:10. Khi khoảng cách hai vạch liền nhau lớn hơn 1,25 mm thì lấy tỷ lệ bằng 1:10

** Kiểm tra bộ phận chỉ thị hiện số

- Độ phân giải được coi là bước nhảy của chữ số cuối cùng với điều kiện số chỉ lực kế khi không chịu tải không được dao động quá bước nhảy một con số.

** Dao động số chỉ

Nếu dao động của số chỉ lớn hơn bước nhảy một con số khi không chịu tải thì độ phân giải thực tế bằng một nửa khoảng dao động.

** Đơn vị

Độ phân giải phải được chuyển đổi theo đơn vị lực (N).

* Xác định ảnh hưởng khi điện áp lưới thay đổi

Đối với các lực kế có chỉ thị điện tử, khi điện áp lưới thay đổi khoảng ± 10 % thì các giá trị chỉ thị của lực kế không bị ảnh hưởng hoặc thay đổi quá độ phận giải.

* Xác định lực tối thiểu

Căn cứ vào cấp chính xác, lực đo tối thiểu của lực kế như sau:

- Lực tối thiểu phải lớn hơn hoặc bằng:

+ 4 000 × r ở cấp 00

+ 2 000 × r ở cấp 0,5

+ 1 000 × r ở cấp 1

+ 500 × r ở cấp 2

- Lực tối thiểu phải lớn hơn hoặc bằng 0,02 lực danh nghĩa của lực kế, Ff.

5.6.3. Kiểm tra đo lường

Tiến hành kiểm tra đo lường bằng cách tạo và duy trì lực chuẩn (bằng trọng lượng tiêu chuẩn) lên lực kế và đọc giá trị chỉ thị trên lực kế, theo trình tự và nội dung như sau:

* Yêu cầu chung

** Chịu tải khởi động

Lực kế phải ba lần chịu tải khởi động bằng lực tối đa theo hướng phù hợp (lực kéo hoặc lực nén). Nếu thay đổi hướng thì lực kế phải chịu tải khởi động lại và chỉ ghi số chỉ sau 30 giây ở trạng thái không tải. Thời gian chịu tải khởi động từ 60 đến 90 giây.

** Độ trôi tương đối, c

Xác định độ trôi tương đối là đo sự thay đổi chỉ thị của lực kế trong thời gian từ 30 giây đến 300 giây bằng 1 trong 2 cách sau:
- Đo khi gia tải tại mức lực lớn nhất (hình 1-a).
- Đo sau khi duy trì lực tải lớn nhất ít nhất trong 60 s và thôi tải (hình 1-b).

Việc đo độ trôi cần phải tiến hành sau khi gia tải hoặc ngay khi kết thúc chu trình tải.

Hình 5.1 Chu trình đo độ trôi lực kế

* Tiến hành kiểm tra

- Các lực kế sử dụng 2 chức năng kéo và nén thì phải hiệu chuẩn cả hai chức năng riêng biệt.
- Việc hiệu chuẩn được thực hiện theo chu trình tải như hình 2 với các yêu cầu sau:

Hình 5.2 Chu trình tải hiệu chuẩn lực kế

                                                               

Hình 5.3 Sơ đồ kiểm tra chức năng kéo                                                                   Hình 5.4 Sơ đồ kiểm tra chức năng nén

- Tại vị trí thứ nhất (0⁰), sau khi lực kế chịu 3 lần tải khởi động tiến hành 2 loạt đo theo chiều lực tăng.
- Sau loạt đo thứ hai, lực kế phải được quay ít nhất theo ba góc, mỗi góc 120° (Hình 3). Nếu không thực hiện được thì cho phép chọn ba vị trí: 0°, 180°, 360°.
- Tại các vị trí 120° và 240° tiếp theo, lực kế phải chịu một lần tải khởi động bằng lực tối đa rồi tiến hành 1 loạt đo theo chiều lực tăng và lực giảm.
- Số điểm cho mỗi loạt đo không ít hơn 10 điểm và phân bố đều trên toàn bộ thang đo.
- Sau mỗi mức lực thiết lập, chỉ thị của lực kế được đọc sau ít nhất 30 s. Cần đợi ít nhất 3 phút cho loạt đo tiếp theo. Đối với lực kế chỉ thị điện tử, trước khi tiến hành phép đo cần phải đưa số chỉ về ‘0”.

Hình 5.5 Các vị trí quay của lực kế

- Lực kế có các bộ phận gắn rời phải được tháo rời ít nhất một lần (như khi đóng gói và vận chuyển) trong quá trình hiệu chuẩn. Công đoạn này được thực hiện giữa loạt đo thứ hai và thứ ba.

* Đánh giá thực tế

Các thành phần đánh giá lực kế bao gồm:
- Sai số tương đối
- Độ phân giải tương đối
- Độ lệch điểm “0” tương đối
- Độ tái lập tương đối
- Độ lặp lại tương đối
- Độ hồi sai tương đối
- Độ trôi tương đối

** Sai số tương đối q

Sai số tương đối được xác định cho mỗi mức tải theo công thức:

                               (1)

Với:

                                  

Trong đó:

q: sai số tương đối, %;
xr : giá trị chỉ thị trung bình của lực kế trong 4 lần đo theo chiều tải tăng, N
xc : giá trị tải chỉ thị trên máy chuẩn lực, N

** Độ phân giải tương đối, a

Độ phân giải tương đối, a, của cơ cấu chỉ thị được tính theo công thức:

                                     (2)

** Điểm lệch “0” tương đối, f_o

Độ lệch điểm “0” là giá trị lớn nhất của chênh lệch số chỉ tại mức không tải được xác định trước và sau tại các loạt đo 1, 2, 3 và 5.
Công thức tính:

                                    (3)

** Độ tái lập tương đối tại các vị trí khi quay lực kế, b

Công thức tính:

                    (4)

Trong đó: Xr= X1+X2+X33

** Độ lặp lại tương đối tại một vị trí khi không quay lực kế, b’

Công thức tính:

                        (5)

Trong đó:  XwrX1+X22

** Độ hồi sai tương đối, v

Độ hồi sai tương đối, v, được xác định tại mỗi lần hiệu chuẩn bằng cách đo cả chiều lực tăng và chiều lực giảm. Sự khác biệt giữa các giá trị chiều lực tăng và chiều lực giảm được dùng để tính độ hồi sai theo công thức:

                                         (6)

Trong đó

                                  (7)

Và

                                 (8)

** Độ trôi tương đối, c

Ảnh hưởng này được ước lượng bằng công thức:

                       (9)

Trong đó:

i₃₀₀ và i₃₀ là chỉ thị của lực kế sau 30 s và 300 s tương ứng sau khi gia tải hoặc thôi tải với mức lực tải lớn nhất.

=> Lực kế sau khi hiệu chuẩn xong sẽ được dán tem, cập chứng nhận hiệu chuẩn kèm theo thông báo kết quả hiệu chuẩn.

Cuối cùng, lực kế sẽ được dán tem hiệu chuẩn. Chu kỳ hiệu chuẩn đề nghị là 01 năm.