力学计量技术标准装置现状

张中元

摘 要：简述我国力值计量情况，研究了杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置，以期为力学计量技术标准装置的研究和应用提供一些参考建议，推动我国力学计量技术标准装置的不断发展。

关键词：力学；力值计量；质量计量；力标准机

中图分类号：TH71 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0029-02

近年来，随着科技的不断发展，各种新技术和新材料不断应用于力学计量中，比如计算机技术、数字化技术、智能化技术、光电技术、微处理技术、图像显示技术和自动化技术等高科技技术在我国力学计量中被广泛应用。同时，随着相应检定规程的不断制订和出台，使我国力学计量体系得到不断完善，也使我国力学计量标准装置更加精确，且应用性更强，推动了我国力学计量技术的不断发展。

1 力值计量概述

在计量学中，对物体的定量描述是通过力学测量来完成的。在力学计量测试环节中，进行计量测试的参数主要有振动、压力、流量、质量等。力学计量是力值的传递标准，20世纪以前的力值计量大多采用百分表式测力仪和水银箱式测力仪，获得的测量准确度相对较低。近年来，随着科技的不断发展，计算机技术、光电技术、数字化技术、微处理技术、图像显示技术、自动化技术和智能化技术等各类新技术应用于力学计量中，推动了我国力学计量的发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继建立。目前，我国力学计量标准装置的主要形式有杠杆式、静重式、液压式和叠加式。20世纪80年代初，我国建立的力学计量标准装置均为1 MN以下的力学计量标准装置，随着我国力学计量技术的不断发展，力学计量的方法得到长足发展，我国相继建立了5 MN，20 MN和30 MN的力学计量标准装置，同时也制订、出台了相应的检定规程，形成一个完善的力学计量体系，使计量标准装置更加精确，应用性也更强。

2 力学计量技术标准装置现状

2.1 杠杆式力标准机

杠杆式力学标准进行力学计量的原理是利用不等臂杠杆系统，通过放大砝码重力得到标准力值，并将标准力值平稳地施加到被检定的测力仪上。杠杆式力标准机在进行力学计量中复现的力值F的表达式为：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠杆式力标准机的杠杆的放大比，即杠杆长臂与短臂长的比值；

m——砝码质量，g；

g——测量当地的重力加速度，m/s2；

Pa——空气密度，kg/m3；

Pw——砝码材料密度，kg/m3。

重力和杠杆比的测量不确定度决定了杠杆式标准机的力值不确定度，同时刀刃与刀承的构造、杠杆的构造与组合方式和杠杆式力标准机的加工质量决定了杠杆式力标准机的性能。目前，杠杆式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

2.2 静重式力基、标准机

静重式力基、标准机进行力学计量的原理是采用已知砝码的重力直接作为力基、标准力值，并通过相关结构和程序平稳地将该力值施加到测力仪上。由于静重式力基、标准机在进行力学测量时采用的是直接加荷式，因此，静重式力基、标准机也被称作直接加荷式基、标准测力机。静重式力基、标准机在进行力学计量中（忽略空气浮力）复现的力值F的表达式为：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝码质量测量、砝码和空气密度测量和当地重力加速度的测量不确定度直接影响静重式力基、标准机的测量不确定度。同时，静重式力基、标准机的结构、砝码稳定性和负荷的加载方式对静重式力基、标准机的测量性能有着直接影响。目前，静重式力基、标准机的测量不确定度能够达到1×10-5.

2.3 液压式力基、标准机

液压式力基、标准机进行力学计量的原理是在帕斯卡原理的基础上，采用两个不相等面积的无机械摩擦的缸塞副来放大已知砝码的重力，从而得到标准力值，并将得到的标准力值平稳地施加到测力仪上。液压式力基、标准机在进行力学计量时复现的力值F的表达式为：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝码的重力，N；

W0——测力活塞及其吊挂的重力，N；

G——测力仪平衡重块的重力，N；

S1——工作活塞的有效面积，m2；

S2——测力缸塞的有效面积，m2；

H——测力活塞与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——测力仪的重力，N。

由于液压式力基、标准机的放大比相对较大，通常情况下最大力值基、标准机，液压式力基、标准机的最大力值分别为：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液压式力基、标准机测量力值不确定度能够达到1×10-4.

2.4 叠加式力标准机

叠加式力标准机进行计量采用的并非为绝对测量方法，其进行测量的方法为相对比较测量方法。叠加式力标准机在进行力学测量时，采用的是一组标准较高的测力仪，同时采用适当的结构将其与被检定的测力仪进行叠置，通过机械方式或液压方式来施加负荷，从而进行比较测量，确定被检测力仪的计量特性。在叠加式力标准机进行力学计量时，标准测力仪的性能指标、被检测力仪的串联方式、安装质量和加荷结构的性能直接决定了叠加式力标准机的力值不确定度。目前，我国拥有的叠加式力标准机最大力值为500 kN和1 MN，同时，叠加式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

3 结束语

我国力学计量经过多年来的不断发展，已经形成了一套比较完善的力学计量体系，加上各种新技术和新材料在力学计量中的广泛应用，促进了我国杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置的不断发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继被研发，推动了我国力学计量技术标准装置的发展。

参考文献

[1]方剑.浅谈力学计量技术标准装置现状[J].活力，2013，（18）：51.

[2]张平，陈俊.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].科技资讯，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力学计量技术标准装置现状及发展趋势[J].沿海企业与科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彦，孟景华，尚芳，等.论计量技术人才的培养[J].黑龙江科学，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回忆计量科学技术工作者技术职称评定和计量技术工人等级工作[J].中国计量，2010，（11）：60-61.

[6]杨青锋.我国力值计量与质量计量的发展综述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：简述我国力值计量情况，研究了杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置，以期为力学计量技术标准装置的研究和应用提供一些参考建议，推动我国力学计量技术标准装置的不断发展。

关键词：力学；力值计量；质量计量；力标准机

中图分类号：TH71 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0029-02

近年来，随着科技的不断发展，各种新技术和新材料不断应用于力学计量中，比如计算机技术、数字化技术、智能化技术、光电技术、微处理技术、图像显示技术和自动化技术等高科技技术在我国力学计量中被广泛应用。同时，随着相应检定规程的不断制订和出台，使我国力学计量体系得到不断完善，也使我国力学计量标准装置更加精确，且应用性更强，推动了我国力学计量技术的不断发展。

1 力值计量概述

在计量学中，对物体的定量描述是通过力学测量来完成的。在力学计量测试环节中，进行计量测试的参数主要有振动、压力、流量、质量等。力学计量是力值的传递标准，20世纪以前的力值计量大多采用百分表式测力仪和水银箱式测力仪，获得的测量准确度相对较低。近年来，随着科技的不断发展，计算机技术、光电技术、数字化技术、微处理技术、图像显示技术、自动化技术和智能化技术等各类新技术应用于力学计量中，推动了我国力学计量的发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继建立。目前，我国力学计量标准装置的主要形式有杠杆式、静重式、液压式和叠加式。20世纪80年代初，我国建立的力学计量标准装置均为1 MN以下的力学计量标准装置，随着我国力学计量技术的不断发展，力学计量的方法得到长足发展，我国相继建立了5 MN，20 MN和30 MN的力学计量标准装置，同时也制订、出台了相应的检定规程，形成一个完善的力学计量体系，使计量标准装置更加精确，应用性也更强。

2 力学计量技术标准装置现状

2.1 杠杆式力标准机

杠杆式力学标准进行力学计量的原理是利用不等臂杠杆系统，通过放大砝码重力得到标准力值，并将标准力值平稳地施加到被检定的测力仪上。杠杆式力标准机在进行力学计量中复现的力值F的表达式为：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠杆式力标准机的杠杆的放大比，即杠杆长臂与短臂长的比值；

m——砝码质量，g；

g——测量当地的重力加速度，m/s2；

Pa——空气密度，kg/m3；

Pw——砝码材料密度，kg/m3。

重力和杠杆比的测量不确定度决定了杠杆式标准机的力值不确定度，同时刀刃与刀承的构造、杠杆的构造与组合方式和杠杆式力标准机的加工质量决定了杠杆式力标准机的性能。目前，杠杆式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

2.2 静重式力基、标准机

静重式力基、标准机进行力学计量的原理是采用已知砝码的重力直接作为力基、标准力值，并通过相关结构和程序平稳地将该力值施加到测力仪上。由于静重式力基、标准机在进行力学测量时采用的是直接加荷式，因此，静重式力基、标准机也被称作直接加荷式基、标准测力机。静重式力基、标准机在进行力学计量中（忽略空气浮力）复现的力值F的表达式为：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝码质量测量、砝码和空气密度测量和当地重力加速度的测量不确定度直接影响静重式力基、标准机的测量不确定度。同时，静重式力基、标准机的结构、砝码稳定性和负荷的加载方式对静重式力基、标准机的测量性能有着直接影响。目前，静重式力基、标准机的测量不确定度能够达到1×10-5.

2.3 液压式力基、标准机

液压式力基、标准机进行力学计量的原理是在帕斯卡原理的基础上，采用两个不相等面积的无机械摩擦的缸塞副来放大已知砝码的重力，从而得到标准力值，并将得到的标准力值平稳地施加到测力仪上。液压式力基、标准机在进行力学计量时复现的力值F的表达式为：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝码的重力，N；

W0——测力活塞及其吊挂的重力，N；

G——测力仪平衡重块的重力，N；

S1——工作活塞的有效面积，m2；

S2——测力缸塞的有效面积，m2；

H——测力活塞与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——测力仪的重力，N。

由于液压式力基、标准机的放大比相对较大，通常情况下最大力值基、标准机，液压式力基、标准机的最大力值分别为：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液压式力基、标准机测量力值不确定度能够达到1×10-4.

2.4 叠加式力标准机

叠加式力标准机进行计量采用的并非为绝对测量方法，其进行测量的方法为相对比较测量方法。叠加式力标准机在进行力学测量时，采用的是一组标准较高的测力仪，同时采用适当的结构将其与被检定的测力仪进行叠置，通过机械方式或液压方式来施加负荷，从而进行比较测量，确定被检测力仪的计量特性。在叠加式力标准机进行力学计量时，标准测力仪的性能指标、被检测力仪的串联方式、安装质量和加荷结构的性能直接决定了叠加式力标准机的力值不确定度。目前，我国拥有的叠加式力标准机最大力值为500 kN和1 MN，同时，叠加式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

3 结束语

我国力学计量经过多年来的不断发展，已经形成了一套比较完善的力学计量体系，加上各种新技术和新材料在力学计量中的广泛应用，促进了我国杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置的不断发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继被研发，推动了我国力学计量技术标准装置的发展。

参考文献

[1]方剑.浅谈力学计量技术标准装置现状[J].活力，2013，（18）：51.

[2]张平，陈俊.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].科技资讯，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力学计量技术标准装置现状及发展趋势[J].沿海企业与科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彦，孟景华，尚芳，等.论计量技术人才的培养[J].黑龙江科学，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回忆计量科学技术工作者技术职称评定和计量技术工人等级工作[J].中国计量，2010，（11）：60-61.

[6]杨青锋.我国力值计量与质量计量的发展综述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：简述我国力值计量情况，研究了杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置，以期为力学计量技术标准装置的研究和应用提供一些参考建议，推动我国力学计量技术标准装置的不断发展。

关键词：力学；力值计量；质量计量；力标准机

中图分类号：TH71 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0029-02

近年来，随着科技的不断发展，各种新技术和新材料不断应用于力学计量中，比如计算机技术、数字化技术、智能化技术、光电技术、微处理技术、图像显示技术和自动化技术等高科技技术在我国力学计量中被广泛应用。同时，随着相应检定规程的不断制订和出台，使我国力学计量体系得到不断完善，也使我国力学计量标准装置更加精确，且应用性更强，推动了我国力学计量技术的不断发展。

1 力值计量概述

在计量学中，对物体的定量描述是通过力学测量来完成的。在力学计量测试环节中，进行计量测试的参数主要有振动、压力、流量、质量等。力学计量是力值的传递标准，20世纪以前的力值计量大多采用百分表式测力仪和水银箱式测力仪，获得的测量准确度相对较低。近年来，随着科技的不断发展，计算机技术、光电技术、数字化技术、微处理技术、图像显示技术、自动化技术和智能化技术等各类新技术应用于力学计量中，推动了我国力学计量的发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继建立。目前，我国力学计量标准装置的主要形式有杠杆式、静重式、液压式和叠加式。20世纪80年代初，我国建立的力学计量标准装置均为1 MN以下的力学计量标准装置，随着我国力学计量技术的不断发展，力学计量的方法得到长足发展，我国相继建立了5 MN，20 MN和30 MN的力学计量标准装置，同时也制订、出台了相应的检定规程，形成一个完善的力学计量体系，使计量标准装置更加精确，应用性也更强。

2 力学计量技术标准装置现状

2.1 杠杆式力标准机

杠杆式力学标准进行力学计量的原理是利用不等臂杠杆系统，通过放大砝码重力得到标准力值，并将标准力值平稳地施加到被检定的测力仪上。杠杆式力标准机在进行力学计量中复现的力值F的表达式为：

F=kmg（1-Pa/Pw）. （1）

在式（1）中：F——力值，N；

k——杠杆式力标准机的杠杆的放大比，即杠杆长臂与短臂长的比值；

m——砝码质量，g；

g——测量当地的重力加速度，m/s2；

Pa——空气密度，kg/m3；

Pw——砝码材料密度，kg/m3。

重力和杠杆比的测量不确定度决定了杠杆式标准机的力值不确定度，同时刀刃与刀承的构造、杠杆的构造与组合方式和杠杆式力标准机的加工质量决定了杠杆式力标准机的性能。目前，杠杆式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

2.2 静重式力基、标准机

静重式力基、标准机进行力学计量的原理是采用已知砝码的重力直接作为力基、标准力值，并通过相关结构和程序平稳地将该力值施加到测力仪上。由于静重式力基、标准机在进行力学测量时采用的是直接加荷式，因此，静重式力基、标准机也被称作直接加荷式基、标准测力机。静重式力基、标准机在进行力学计量中（忽略空气浮力）复现的力值F的表达式为：

F=mg（1-Pa/Pw）. （2）

砝码质量测量、砝码和空气密度测量和当地重力加速度的测量不确定度直接影响静重式力基、标准机的测量不确定度。同时，静重式力基、标准机的结构、砝码稳定性和负荷的加载方式对静重式力基、标准机的测量性能有着直接影响。目前，静重式力基、标准机的测量不确定度能够达到1×10-5.

2.3 液压式力基、标准机

液压式力基、标准机进行力学计量的原理是在帕斯卡原理的基础上，采用两个不相等面积的无机械摩擦的缸塞副来放大已知砝码的重力，从而得到标准力值，并将得到的标准力值平稳地施加到测力仪上。液压式力基、标准机在进行力学计量时复现的力值F的表达式为：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2 . （3）

在式（3）中：W——砝码的重力，N；

W0——测力活塞及其吊挂的重力，N；

G——测力仪平衡重块的重力，N；

S1——工作活塞的有效面积，m2；

S2——测力缸塞的有效面积，m2；

H——测力活塞与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——测力仪的重力，N。

由于液压式力基、标准机的放大比相对较大，通常情况下最大力值基、标准机，液压式力基、标准机的最大力值分别为：20 MN、5 MN、2 MN和600 kN。目前，液压式力基、标准机测量力值不确定度能够达到1×10-4.

2.4 叠加式力标准机

叠加式力标准机进行计量采用的并非为绝对测量方法，其进行测量的方法为相对比较测量方法。叠加式力标准机在进行力学测量时，采用的是一组标准较高的测力仪，同时采用适当的结构将其与被检定的测力仪进行叠置，通过机械方式或液压方式来施加负荷，从而进行比较测量，确定被检测力仪的计量特性。在叠加式力标准机进行力学计量时，标准测力仪的性能指标、被检测力仪的串联方式、安装质量和加荷结构的性能直接决定了叠加式力标准机的力值不确定度。目前，我国拥有的叠加式力标准机最大力值为500 kN和1 MN，同时，叠加式力标准机的力值不确定度能够达到1×10-4.

3 结束语

我国力学计量经过多年来的不断发展，已经形成了一套比较完善的力学计量体系，加上各种新技术和新材料在力学计量中的广泛应用，促进了我国杠杆式力标准机、静重式标准机、液压式标准机和叠加式力标准机等力学计量技术标准装置的不断发展，我国大批的量程宽、准确度高的力学计量标准装置相继被研发，推动了我国力学计量技术标准装置的发展。

参考文献

[1]方剑.浅谈力学计量技术标准装置现状[J].活力，2013，（18）：51.

[2]张平，陈俊.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].科技资讯，2014，（2）：217-219.

[3]伍卓亮.力学计量技术标准装置现状及发展趋势[J].沿海企业与科技，2009，（4）：19-20.

[4]曹彦，孟景华，尚芳，等.论计量技术人才的培养[J].黑龙江科学，2013，4（7）：90.

[5]甘承德.回忆计量科学技术工作者技术职称评定和计量技术工人等级工作[J].中国计量，2010，（11）：60-61.

[6]杨青锋.我国力值计量与质量计量的发展综述[J].衡器，2012，41（7）：1-5.

〔编辑：刘晓芳〕