力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀探析

李丁

（湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院 湖南長(zhǎng)沙 410014）

力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀探析

李丁

（湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院 湖南長(zhǎng)沙 410014）

經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也隨之不斷地發(fā)展著，我國(guó)的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的也在逐漸發(fā)展與完善。在計(jì)量學(xué)這一領(lǐng)域中，力學(xué)計(jì)量是發(fā)展的較早、也較成熟的領(lǐng)域，力學(xué)計(jì)量技術(shù)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。本文就力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀展開(kāi)分析，就實(shí)際情況提出一些發(fā)展性的建議，希望在以后的力學(xué)計(jì)量技術(shù)上能夠提供應(yīng)有的幫助。

力學(xué)；計(jì)量技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)裝置；發(fā)展現(xiàn)狀

1 引言

在力學(xué)的發(fā)展之初，技術(shù)是相當(dāng)單一的，就是通過(guò)簡(jiǎn)單的力學(xué)測(cè)量來(lái)完成對(duì)物體的定量描述。但是就這簡(jiǎn)單的力學(xué)測(cè)量，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展起到了絕對(duì)的作用，它在現(xiàn)實(shí)生活中也是無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不有的存在。就在隨著我國(guó)科技不斷發(fā)展的過(guò)程中，力學(xué)計(jì)量技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。當(dāng)代數(shù)字信息技術(shù)以及圖像處理技術(shù)在很大程度上都促進(jìn)了我國(guó)力學(xué)計(jì)量技術(shù)的成長(zhǎng)，為我國(guó)計(jì)量技術(shù)的準(zhǔn)確計(jì)量提供了強(qiáng)有力的保證。在這個(gè)經(jīng)濟(jì)、科技迅速發(fā)展的年代，力學(xué)計(jì)量技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)較為完善的體系，為我國(guó)日后的科技發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。

2 力值計(jì)量概述

在計(jì)量學(xué)中，對(duì)于物體的定量描述主要是通過(guò)力學(xué)測(cè)量進(jìn)行的。在測(cè)試過(guò)程中，需要明確計(jì)量測(cè)試的各項(xiàng)參數(shù)，如振動(dòng)、壓力、流通和質(zhì)量。力學(xué)計(jì)量是力值傳遞的主要標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)之前力值計(jì)量基本都是使用百分表式測(cè)力儀以及水銀箱測(cè)力儀，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)精確度比較低。近些來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、微處理技術(shù)、圖像顯示急速、自動(dòng)化技術(shù)以及智能化技術(shù)都融入力學(xué)計(jì)量中，促進(jìn)了力學(xué)計(jì)量行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)很多量程寬、準(zhǔn)確度高的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置陸續(xù)建立起來(lái)。當(dāng)前，我國(guó)力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要形式有杠桿式、凈重式、液壓式以及疊加式。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)建立的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置都是1MN以下的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，伴隨著計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步，力學(xué)計(jì)量的方法取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我國(guó)逐步建立了5MN、20MN和30MN的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，與此同時(shí)制定和出臺(tái)了相關(guān)的檢定規(guī)章制度，形成了一個(gè)比較完善的力學(xué)計(jì)量體系，使得計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量精度更高，實(shí)用性也有所提高。

3 力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 傳感式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

傳感式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，就是使用一些感應(yīng)元件和其它的一些附件，來(lái)對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量的一個(gè)力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，就是根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試物體時(shí)，觀察物體的實(shí)際情況，技術(shù)人員根據(jù)系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)和信息，從而來(lái)判斷物體的測(cè)量結(jié)果。這種力學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，能夠很好地、準(zhǔn)確的測(cè)量出所需要測(cè)量的一些項(xiàng)目，從而更加合理的使用被測(cè)量的物體。

3.2 杠桿式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

杠桿式力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)計(jì)量的工作原理是借助不等臂杠桿系統(tǒng)，通過(guò)放大砝碼的重力以得到標(biāo)準(zhǔn)力值，并且將標(biāo)準(zhǔn)力值平穩(wěn)地放置在被檢定的測(cè)力儀上。杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)及在進(jìn)行力學(xué)計(jì)量中復(fù)現(xiàn)的力值F的表達(dá)式為：

F=kmg（1-Pa/Pw）

式中：F表示的是力值，其單位為N；k表示的是杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的杠桿的放大比，也就是杠桿長(zhǎng)臂和斷臂長(zhǎng)的比值；m表示的是砝碼質(zhì)量，單位為g；g表示的是測(cè)量的當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋瑔挝粸閙/s2；Pa表示的是空氣密度，單位為kg/m3；Pw表示的是砝碼材料密度，單位為kg/m3。重力以及杠桿比的測(cè)量不確定度對(duì)杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力值不確定度有著決定性的作用，與此同時(shí)刀刃和刀承的結(jié)構(gòu)、杠桿的構(gòu)造和組合方式、杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的加工質(zhì)量都對(duì)杠桿式力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的性能有所影響。目前，杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力值不確定度高達(dá)1×10-4。

3.3 彈簧式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

彈簧式的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置主要就是根據(jù)彈簧受力產(chǎn)生形變，然后通過(guò)相應(yīng)的觀察或者其他形式來(lái)測(cè)量壓力的大小。這種裝置的測(cè)量壓力值的范圍很靈活，沒(méi)有絕對(duì)的能夠測(cè)量最大壓力值，它可以根據(jù)彈簧的不同性能來(lái)改變其能夠測(cè)量的最大壓力值。正是因?yàn)檫@樣，彈簧式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置在實(shí)際應(yīng)用中能夠得到人們的好評(píng)，應(yīng)用的領(lǐng)域也比較廣泛。

3.4 疊加式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

采用液壓或者機(jī)械方式來(lái)測(cè)量物體的力值，并且設(shè)定一個(gè)較大的測(cè)試儀器的裝置就是疊加式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。這種力學(xué)計(jì)量裝置能夠通過(guò)對(duì)比來(lái)發(fā)現(xiàn)測(cè)試儀器的好壞，計(jì)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)不準(zhǔn)確等問(wèn)題。除此之外，該種裝置具備一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)裝置的指標(biāo)大小和測(cè)量?jī)x器的好壞都不會(huì)對(duì)該力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置造成一點(diǎn)影響，這也就保證了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.5 液壓式力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)計(jì)量的工作原理就是在帕斯卡原理的基礎(chǔ)上，使用兩個(gè)不同面積的無(wú)機(jī)械摩擦的缸塞副放大已知的砝碼重量，從而獲得標(biāo)準(zhǔn)力值數(shù)據(jù)，同時(shí)將得到的標(biāo)準(zhǔn)力值平穩(wěn)地添加到測(cè)力儀上。液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在進(jìn)行力學(xué)計(jì)量時(shí)復(fù)現(xiàn)的力值F表達(dá)式如下：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2

式中：W表示的是砝碼的重量，單位為N；W0表示的是測(cè)力活塞和吊掛的重力，單位為N；G表示的是測(cè)力儀平衡腫塊的重力，單位為N；S1表示的是工作活塞的有效面積，單位為m2；S2表示的是測(cè)力缸塞的有效面積，單位為m2；H表示的是測(cè)力活塞和工作活塞底面的高度差，單位為m；ρ表示的是油液密度，單位為kg/m3；W1表示的是工作活塞和反向器的重力，單位為N；W2表示的是測(cè)力儀的重力，單位為N。

因?yàn)橐簤菏搅?biāo)準(zhǔn)機(jī)的方法比比較高，一般情況下最大力值基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的最大力值依次為：20MN、5MN、2MN以及600kN。當(dāng)前，液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)測(cè)量力值不確定度高達(dá)1×10-4。

4 力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展趨勢(shì)

新技術(shù)、新材料的進(jìn)一步發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用，也促進(jìn)了力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展。電子信息技術(shù)和數(shù)字信息處理技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)普遍的被應(yīng)用到其中，下面就介紹幾種力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)：

4.1 有靜態(tài)方向發(fā)展為動(dòng)態(tài)方向

在力學(xué)計(jì)量發(fā)展的過(guò)程中，一個(gè)重要的發(fā)展方向就是往動(dòng)態(tài)方向發(fā)展。在這一發(fā)展過(guò)程中，除了有靜態(tài)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變以外，還要提高其測(cè)量的準(zhǔn)確度。技術(shù)人員在使用計(jì)量技術(shù)的同時(shí)，必須要將一些新技術(shù)很好地融入進(jìn)測(cè)量系統(tǒng)，比如將信息處理技術(shù)更好的發(fā)展為力學(xué)計(jì)量技術(shù)的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)來(lái)判斷跟蹤信號(hào)的強(qiáng)弱變化，這是力學(xué)計(jì)量的重要的發(fā)展內(nèi)容和方向。

4.2 量限逐漸向兩端進(jìn)行延伸

由于受到測(cè)量要求和環(huán)境的限制，計(jì)量裝置的測(cè)量范圍也是受到了一定的限制的。就目前的狀況來(lái)看，研究計(jì)量裝置的兩端力值，已經(jīng)成為了對(duì)力值研究的一個(gè)重要的方向。之前的那種規(guī)規(guī)矩矩的力值研究已經(jīng)難以滿足計(jì)量技術(shù)的發(fā)展要求，所以對(duì)于兩端力值的研究也是一種迫切的需求。

4.3 力學(xué)計(jì)量裝置測(cè)量的自動(dòng)化

在這個(gè)機(jī)器機(jī)械化的時(shí)代，很多裝置都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的狀態(tài)。力學(xué)計(jì)量裝置的自動(dòng)化，現(xiàn)在也已經(jīng)成為了一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，是以后其發(fā)展的又一個(gè)主要方向和內(nèi)容。力學(xué)計(jì)量的技術(shù)人員可以采用各種方便的計(jì)算機(jī)性能軟件，達(dá)到力學(xué)裝置測(cè)量的自動(dòng)化。這種形式下的力學(xué)計(jì)量裝置，不僅可以提高計(jì)量數(shù)據(jù)的精確度，還能夠達(dá)到節(jié)省人力物力的目的，且可以消除掉因?yàn)槿斯ぴ蛟斐傻腻e(cuò)誤或誤差。就目前來(lái)看，在很多方面，我國(guó)的力學(xué)計(jì)量裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高性能的自動(dòng)化操作，在未來(lái)的工作中，需要將自動(dòng)化普及。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)字化和信息化也已經(jīng)很好地融入到了力學(xué)計(jì)量裝置中，對(duì)力學(xué)計(jì)量裝置的發(fā)展起到了很好地助推作用。在力學(xué)計(jì)量裝置的以后發(fā)展過(guò)程中，將更多的高新技術(shù)和科技融入到自身的發(fā)展中來(lái)，已經(jīng)成為了該計(jì)量裝置發(fā)展的一項(xiàng)重要的工作和要求。不僅要準(zhǔn)確的采用各類高科技，還要汲取其他技術(shù)的優(yōu)秀的研究方法，除了要加大力度研究?jī)啥肆χ狄酝猓€要適當(dāng)?shù)牟捎眯录夹g(shù)、新理論，從而更好地完善力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，促進(jìn)其自身的更好發(fā)展。

[1]沙比哈·吐?tīng)栠d.淺析力學(xué)計(jì)量管理與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置現(xiàn)狀及發(fā)展[J].商品與質(zhì)量：房地產(chǎn)研究，2014（4）：146.

[2]楊青鋒.我國(guó)力值計(jì)量與質(zhì)量計(jì)量的發(fā)展綜述[J].衡器，2012，41（7）：1～5.

[3]孫京濤.計(jì)量力學(xué)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（24）：34.

TB93

A

1004-7344（2016）11-0212-02

2016-3-28

李 丁（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事力學(xué)計(jì)量檢測(cè)、校準(zhǔn)方面的工作。