本文就光电式皮带张力计提出一种计量校准方法。

一、工作原理

光电式皮带张力计是以光学测振原理测量皮带张力的非接触式测力仪，其工作原理是通过光电传感器采集被测物体的频率信号，由微电脑软件进行数据处理，并通过公式计算得到皮带张力。

光电式皮带张力计主要由光学发射器、接收器、频率测量分析单元、控制单元、显示单元和计算软件等部分构成。光电式皮带张力计根据测得的频率，按式(1)计算皮带张力。

T=4×M×W×S×f²  (1)

式中:T——皮带张力，N；M——皮带单位长度单位宽度的质量，kg/m²；W——皮带宽度，m； S——两皮带轮跨距，m；f——振动固有频率(基频)， Hz。

二、校准用标准器

转速标准装置，准确度等级0.01级，应配备相应的转盘。标准器和转盘如图1所示。

图1  标准器和反光转盘

三、校准项目及方法

1.频率示值误差

光电式皮带张力计的工作频率主要集中在10Hz～600Hz，对应大多数光电式皮带张力计的固有频率范围。校准方法为:

(1)转速标准装置需经预热并稳定运行。

(2)将光电式皮带张力计的光学探测头垂直靠近转盘并对准贴在其上面的反光纸面，与转盘的距离应与使用说明书的要求保持一致，测量过程中探测头避免与转盘面发生接触或碰撞。

 (3)调取光电式皮带张力计频率测量界面，在其工作频率范围内，均匀地选取不少于6个频率点进行测量，推荐如下频率点:10Hz、30Hz、50Hz、70Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz和600Hz(对应转速分别为600r/min、1800r/min、3000r/min、4200r/min、6000r/min、12000r/min、18000r/min、24000r/min、30000r/min、36000r/min)。在每一频率点上重复测量3次，记录各校准点的频率示值。同时，在10Hz、50Hz、100Hz和500Hz频率点处，记录张力测量值显示界面的张力显示值。

(4)按式(2)计算频率示值误差，每一频率点3次测量结果中的示值误差绝对值最大值点对应的示值误差即为该点频率示值误差。

示值误差计算公式:

δ_m=f_m-f₂  (2)

式中:δ_m——光电式皮带张力计的频率示值误差，Hz；f_m——光电式皮带张力计的测量值，Hz；f₂——转速标准装置的转动频率标准值，Hz。

2.张力测量值与张力理论值的相对误差

在10Hz、50Hz、100Hz和500Hz频率点处，由式(1)计算得到张力理论值和上述频率示值误差测量过程中记录的张力测量值，根据式(3)计算各频率点处张力测量值与张力理论值的相对误差(根据皮带常用种类和安装状态，建议设置光电式皮带张力计的参数为:M=5kg/m²,W=10mm,S=1000mm)。

式中:δ_T——张力测量值与张力理论值的相对误差，%；T_m——张力测量值，N；T_s——张力理论值，N。

四、总结

光电式皮带张力计以其在测量皮带张紧力方面具有较多优势的特点，目前应用企业和领域较广。由于光电式皮带张力计还没有相应的国家计量检定规程或者校准规范作为量值溯源与传递的工作指导，本文仅根据笔者多年重复的实验操作以及大量实验数据的分析统计整理，同时参考了JJF1216-2009《音波式皮带张力计校准规范》等相关校准规范内容。

本文刊发于《中国计量》杂志2019年第5期

作者：江苏省苏州市计量测试院 姚明  金涛