力學計量技術標準裝置現狀

張中元

摘 要：簡述我國力值計量情況，研究了杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置，以期為力學計量技術標準裝置的研究和應用提供一些參考建議，推動我國力學計量技術標準裝置的不斷發展。

關鍵詞：力學；力值計量；質量計量；力標準機

中圖分類號：TH71 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0029-02

近年來，隨著科技的不斷發展，各種新技術和新材料不斷應用于力學計量中，比如計算機技術、數字化技術、智能化技術、光電技術、微處理技術、圖像顯示技術和自動化技術等高科技技術在我國力學計量中被廣泛應用。同時，隨著相應檢定規程的不斷制訂和出臺，使我國力學計量體系得到不斷完善，也使我國力學計量標準裝置更加精確，且應用性更強，推動了我國力學計量技術的不斷發展。

1 力值計量概述

在計量學中，對物體的定量描述是通過力學測量來完成的。在力學計量測試環節中，進行計量測試的參數主要有振動、壓力、流量、質量等。力學計量是力值的傳遞標準，20世紀以前的力值計量大多采用百分表式測力儀和水銀箱式測力儀，獲得的測量準確度相對較低。近年來，隨著科技的不斷發展，計算機技術、光電技術、數字化技術、微處理技術、圖像顯示技術、自動化技術和智能化技術等各類新技術應用于力學計量中，推動了我國力學計量的發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼建立。目前，我國力學計量標準裝置的主要形式有杠桿式、靜重式、液壓式和疊加式。20世紀80年代初，我國建立的力學計量標準裝置均為1 MN以下的力學計量標準裝置，隨著我國力學計量技術的不斷發展，力學計量的方法得到長足發展，我國相繼建立了5 MN，20 MN和30 MN的力學計量標準裝置，同時也制訂、出臺了相應的檢定規程，形成一個完善的力學計量體系，使計量標準裝置更加精確，應用性也更強。

2 力學計量技術標準裝置現狀

2.1 杠桿式力標準機

杠桿式力學標準進行力學計量的原理是利用不等臂杠桿系統，通過放大砝碼重力得到標準力值，并將標準力值平穩地施加到被檢定的測力儀上。杠桿式力標準機在進行力學計量中復現的力值F的表達式為：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠桿式力標準機的杠桿的放大比，即杠桿長臂與短臂長的比值；

m——砝碼質量，g；

g——測量當地的重力加速度，m/s2；

Pa——空氣密度，kg/m3；

Pw——砝碼材料密度，kg/m3。

重力和杠桿比的測量不確定度決定了杠桿式標準機的力值不確定度，同時刀刃與刀承的構造、杠桿的構造與組合方式和杠桿式力標準機的加工質量決定了杠桿式力標準機的性能。目前，杠桿式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.2 靜重式力基、標準機

靜重式力基、標準機進行力學計量的原理是采用已知砝碼的重力直接作為力基、標準力值，并通過相關結構和程序平穩地將該力值施加到測力儀上。由于靜重式力基、標準機在進行力學測量時采用的是直接加荷式，因此，靜重式力基、標準機也被稱作直接加荷式基、標準測力機。靜重式力基、標準機在進行力學計量中（忽略空氣浮力）復現的力值F的表達式為：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝碼質量測量、砝碼和空氣密度測量和當地重力加速度的測量不確定度直接影響靜重式力基、標準機的測量不確定度。同時，靜重式力基、標準機的結構、砝碼穩定性和負荷的加載方式對靜重式力基、標準機的測量性能有著直接影響。目前，靜重式力基、標準機的測量不確定度能夠達到1×10-5.

2.3 液壓式力基、標準機

液壓式力基、標準機進行力學計量的原理是在帕斯卡原理的基礎上，采用兩個不相等面積的無機械摩擦的缸塞副來放大已知砝碼的重力，從而得到標準力值，并將得到的標準力值平穩地施加到測力儀上。液壓式力基、標準機在進行力學計量時復現的力值F的表達式為：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝碼的重力，N；

W0——測力活塞及其吊掛的重力，N；

G——測力儀平衡重塊的重力，N；

S1——工作活塞的有效面積，m2；

S2——測力缸塞的有效面積，m2；

H——測力活塞與工作活塞底面的高度差，m；

ρ——油液密度密度，kg/m3；

W1——工作活塞和反向器的重力，N；

W2——測力儀的重力，N。

由于液壓式力基、標準機的放大比相對較大，通常情況下最大力值基、標準機，液壓式力基、標準機的最大力值分別為：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液壓式力基、標準機測量力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.4 疊加式力標準機

疊加式力標準機進行計量采用的并非為絕對測量方法，其進行測量的方法為相對比較測量方法。疊加式力標準機在進行力學測量時，采用的是一組標準較高的測力儀，同時采用適當的結構將其與被檢定的測力儀進行疊置，通過機械方式或液壓方式來施加負荷，從而進行比較測量，確定被檢測力儀的計量特性。在疊加式力標準機進行力學計量時，標準測力儀的性能指標、被檢測力儀的串聯方式、安裝質量和加荷結構的性能直接決定了疊加式力標準機的力值不確定度。目前，我國擁有的疊加式力標準機最大力值為500 kN和1 MN，同時，疊加式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

3 結束語

我國力學計量經過多年來的不斷發展，已經形成了一套比較完善的力學計量體系，加上各種新技術和新材料在力學計量中的廣泛應用，促進了我國杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置的不斷發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼被研發，推動了我國力學計量技術標準裝置的發展。

參考文獻

[1]方劍.淺談力學計量技術標準裝置現狀[J].活力，2013，（18）：51.

[2]張平，陳俊.淺析力學計量技術標準裝置的發展現狀[J].科技資訊，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力學計量技術標準裝置現狀及發展趨勢[J].沿海企業與科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彥，孟景華，尚芳，等.論計量技術人才的培養[J].黑龍江科學，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回憶計量科學技術工作者技術職稱評定和計量技術工人等級工作[J].中國計量，2010，（11）：60-61.

[6]楊青鋒.我國力值計量與質量計量的發展綜述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：簡述我國力值計量情況，研究了杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置，以期為力學計量技術標準裝置的研究和應用提供一些參考建議，推動我國力學計量技術標準裝置的不斷發展。

關鍵詞：力學；力值計量；質量計量；力標準機

中圖分類號：TH71 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0029-02

近年來，隨著科技的不斷發展，各種新技術和新材料不斷應用于力學計量中，比如計算機技術、數字化技術、智能化技術、光電技術、微處理技術、圖像顯示技術和自動化技術等高科技技術在我國力學計量中被廣泛應用。同時，隨著相應檢定規程的不斷制訂和出臺，使我國力學計量體系得到不斷完善，也使我國力學計量標準裝置更加精確，且應用性更強，推動了我國力學計量技術的不斷發展。

1 力值計量概述

在計量學中，對物體的定量描述是通過力學測量來完成的。在力學計量測試環節中，進行計量測試的參數主要有振動、壓力、流量、質量等。力學計量是力值的傳遞標準，20世紀以前的力值計量大多采用百分表式測力儀和水銀箱式測力儀，獲得的測量準確度相對較低。近年來，隨著科技的不斷發展，計算機技術、光電技術、數字化技術、微處理技術、圖像顯示技術、自動化技術和智能化技術等各類新技術應用于力學計量中，推動了我國力學計量的發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼建立。目前，我國力學計量標準裝置的主要形式有杠桿式、靜重式、液壓式和疊加式。20世紀80年代初，我國建立的力學計量標準裝置均為1 MN以下的力學計量標準裝置，隨著我國力學計量技術的不斷發展，力學計量的方法得到長足發展，我國相繼建立了5 MN，20 MN和30 MN的力學計量標準裝置，同時也制訂、出臺了相應的檢定規程，形成一個完善的力學計量體系，使計量標準裝置更加精確，應用性也更強。

2 力學計量技術標準裝置現狀

2.1 杠桿式力標準機

杠桿式力學標準進行力學計量的原理是利用不等臂杠桿系統，通過放大砝碼重力得到標準力值，并將標準力值平穩地施加到被檢定的測力儀上。杠桿式力標準機在進行力學計量中復現的力值F的表達式為：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠桿式力標準機的杠桿的放大比，即杠桿長臂與短臂長的比值；

m——砝碼質量，g；

g——測量當地的重力加速度，m/s2；

Pa——空氣密度，kg/m3；

Pw——砝碼材料密度，kg/m3。

重力和杠桿比的測量不確定度決定了杠桿式標準機的力值不確定度，同時刀刃與刀承的構造、杠桿的構造與組合方式和杠桿式力標準機的加工質量決定了杠桿式力標準機的性能。目前，杠桿式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.2 靜重式力基、標準機

靜重式力基、標準機進行力學計量的原理是采用已知砝碼的重力直接作為力基、標準力值，并通過相關結構和程序平穩地將該力值施加到測力儀上。由于靜重式力基、標準機在進行力學測量時采用的是直接加荷式，因此，靜重式力基、標準機也被稱作直接加荷式基、標準測力機。靜重式力基、標準機在進行力學計量中（忽略空氣浮力）復現的力值F的表達式為：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝碼質量測量、砝碼和空氣密度測量和當地重力加速度的測量不確定度直接影響靜重式力基、標準機的測量不確定度。同時，靜重式力基、標準機的結構、砝碼穩定性和負荷的加載方式對靜重式力基、標準機的測量性能有著直接影響。目前，靜重式力基、標準機的測量不確定度能夠達到1×10-5.

2.3 液壓式力基、標準機

液壓式力基、標準機進行力學計量的原理是在帕斯卡原理的基礎上，采用兩個不相等面積的無機械摩擦的缸塞副來放大已知砝碼的重力，從而得到標準力值，并將得到的標準力值平穩地施加到測力儀上。液壓式力基、標準機在進行力學計量時復現的力值F的表達式為：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝碼的重力，N；

W0——測力活塞及其吊掛的重力，N；

G——測力儀平衡重塊的重力，N；

S1——工作活塞的有效面積，m2；

S2——測力缸塞的有效面積，m2；

H——測力活塞與工作活塞底面的高度差，m；

ρ——油液密度密度，kg/m3；

W1——工作活塞和反向器的重力，N；

W2——測力儀的重力，N。

由于液壓式力基、標準機的放大比相對較大，通常情況下最大力值基、標準機，液壓式力基、標準機的最大力值分別為：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液壓式力基、標準機測量力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.4 疊加式力標準機

疊加式力標準機進行計量采用的并非為絕對測量方法，其進行測量的方法為相對比較測量方法。疊加式力標準機在進行力學測量時，采用的是一組標準較高的測力儀，同時采用適當的結構將其與被檢定的測力儀進行疊置，通過機械方式或液壓方式來施加負荷，從而進行比較測量，確定被檢測力儀的計量特性。在疊加式力標準機進行力學計量時，標準測力儀的性能指標、被檢測力儀的串聯方式、安裝質量和加荷結構的性能直接決定了疊加式力標準機的力值不確定度。目前，我國擁有的疊加式力標準機最大力值為500 kN和1 MN，同時，疊加式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

3 結束語

我國力學計量經過多年來的不斷發展，已經形成了一套比較完善的力學計量體系，加上各種新技術和新材料在力學計量中的廣泛應用，促進了我國杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置的不斷發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼被研發，推動了我國力學計量技術標準裝置的發展。

參考文獻

[1]方劍.淺談力學計量技術標準裝置現狀[J].活力，2013，（18）：51.

[2]張平，陳俊.淺析力學計量技術標準裝置的發展現狀[J].科技資訊，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力學計量技術標準裝置現狀及發展趨勢[J].沿海企業與科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彥，孟景華，尚芳，等.論計量技術人才的培養[J].黑龍江科學，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回憶計量科學技術工作者技術職稱評定和計量技術工人等級工作[J].中國計量，2010，（11）：60-61.

[6]楊青鋒.我國力值計量與質量計量的發展綜述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：簡述我國力值計量情況，研究了杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置，以期為力學計量技術標準裝置的研究和應用提供一些參考建議，推動我國力學計量技術標準裝置的不斷發展。

關鍵詞：力學；力值計量；質量計量；力標準機

中圖分類號：TH71 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0029-02

近年來，隨著科技的不斷發展，各種新技術和新材料不斷應用于力學計量中，比如計算機技術、數字化技術、智能化技術、光電技術、微處理技術、圖像顯示技術和自動化技術等高科技技術在我國力學計量中被廣泛應用。同時，隨著相應檢定規程的不斷制訂和出臺，使我國力學計量體系得到不斷完善，也使我國力學計量標準裝置更加精確，且應用性更強，推動了我國力學計量技術的不斷發展。

1 力值計量概述

在計量學中，對物體的定量描述是通過力學測量來完成的。在力學計量測試環節中，進行計量測試的參數主要有振動、壓力、流量、質量等。力學計量是力值的傳遞標準，20世紀以前的力值計量大多采用百分表式測力儀和水銀箱式測力儀，獲得的測量準確度相對較低。近年來，隨著科技的不斷發展，計算機技術、光電技術、數字化技術、微處理技術、圖像顯示技術、自動化技術和智能化技術等各類新技術應用于力學計量中，推動了我國力學計量的發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼建立。目前，我國力學計量標準裝置的主要形式有杠桿式、靜重式、液壓式和疊加式。20世紀80年代初，我國建立的力學計量標準裝置均為1 MN以下的力學計量標準裝置，隨著我國力學計量技術的不斷發展，力學計量的方法得到長足發展，我國相繼建立了5 MN，20 MN和30 MN的力學計量標準裝置，同時也制訂、出臺了相應的檢定規程，形成一個完善的力學計量體系，使計量標準裝置更加精確，應用性也更強。

2 力學計量技術標準裝置現狀

2.1 杠桿式力標準機

杠桿式力學標準進行力學計量的原理是利用不等臂杠桿系統，通過放大砝碼重力得到標準力值，并將標準力值平穩地施加到被檢定的測力儀上。杠桿式力標準機在進行力學計量中復現的力值F的表達式為：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠桿式力標準機的杠桿的放大比，即杠桿長臂與短臂長的比值；

m——砝碼質量，g；

g——測量當地的重力加速度，m/s2；

Pa——空氣密度，kg/m3；

Pw——砝碼材料密度，kg/m3。

重力和杠桿比的測量不確定度決定了杠桿式標準機的力值不確定度，同時刀刃與刀承的構造、杠桿的構造與組合方式和杠桿式力標準機的加工質量決定了杠桿式力標準機的性能。目前，杠桿式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.2 靜重式力基、標準機

靜重式力基、標準機進行力學計量的原理是采用已知砝碼的重力直接作為力基、標準力值，并通過相關結構和程序平穩地將該力值施加到測力儀上。由于靜重式力基、標準機在進行力學測量時采用的是直接加荷式，因此，靜重式力基、標準機也被稱作直接加荷式基、標準測力機。靜重式力基、標準機在進行力學計量中（忽略空氣浮力）復現的力值F的表達式為：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝碼質量測量、砝碼和空氣密度測量和當地重力加速度的測量不確定度直接影響靜重式力基、標準機的測量不確定度。同時，靜重式力基、標準機的結構、砝碼穩定性和負荷的加載方式對靜重式力基、標準機的測量性能有著直接影響。目前，靜重式力基、標準機的測量不確定度能夠達到1×10-5.

2.3 液壓式力基、標準機

液壓式力基、標準機進行力學計量的原理是在帕斯卡原理的基礎上，采用兩個不相等面積的無機械摩擦的缸塞副來放大已知砝碼的重力，從而得到標準力值，并將得到的標準力值平穩地施加到測力儀上。液壓式力基、標準機在進行力學計量時復現的力值F的表達式為：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝碼的重力，N；

W0——測力活塞及其吊掛的重力，N；

G——測力儀平衡重塊的重力，N；

S1——工作活塞的有效面積，m2；

S2——測力缸塞的有效面積，m2；

H——測力活塞與工作活塞底面的高度差，m；

ρ——油液密度密度，kg/m3；

W1——工作活塞和反向器的重力，N；

W2——測力儀的重力，N。

由于液壓式力基、標準機的放大比相對較大，通常情況下最大力值基、標準機，液壓式力基、標準機的最大力值分別為：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液壓式力基、標準機測量力值不確定度能夠達到1×10-4.

2.4 疊加式力標準機

疊加式力標準機進行計量采用的并非為絕對測量方法，其進行測量的方法為相對比較測量方法。疊加式力標準機在進行力學測量時，采用的是一組標準較高的測力儀，同時采用適當的結構將其與被檢定的測力儀進行疊置，通過機械方式或液壓方式來施加負荷，從而進行比較測量，確定被檢測力儀的計量特性。在疊加式力標準機進行力學計量時，標準測力儀的性能指標、被檢測力儀的串聯方式、安裝質量和加荷結構的性能直接決定了疊加式力標準機的力值不確定度。目前，我國擁有的疊加式力標準機最大力值為500 kN和1 MN，同時，疊加式力標準機的力值不確定度能夠達到1×10-4.

3 結束語

我國力學計量經過多年來的不斷發展，已經形成了一套比較完善的力學計量體系，加上各種新技術和新材料在力學計量中的廣泛應用，促進了我國杠桿式力標準機、靜重式標準機、液壓式標準機和疊加式力標準機等力學計量技術標準裝置的不斷發展，我國大批的量程寬、準確度高的力學計量標準裝置相繼被研發，推動了我國力學計量技術標準裝置的發展。

參考文獻

[1]方劍.淺談力學計量技術標準裝置現狀[J].活力，2013，（18）：51.

[2]張平，陳俊.淺析力學計量技術標準裝置的發展現狀[J].科技資訊，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力學計量技術標準裝置現狀及發展趨勢[J].沿海企業與科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彥，孟景華，尚芳，等.論計量技術人才的培養[J].黑龍江科學，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回憶計量科學技術工作者技術職稱評定和計量技術工人等級工作[J].中國計量，2010，（11）：60-61.

[6]楊青鋒.我國力值計量與質量計量的發展綜述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔編輯：劉曉芳〕