沿海企業與科技
coastal enterprises and science &technology 2023年第04期(總第107期)
no.04,2009
(cumulatively no.107)
力學計量技術標準裝置現狀及發展趨勢
伍卓亮［摘要］力學計量經過幾十年的發展，建立了比較完善的力學計量體系。近年來，隨著計算機技術、光電技術、數位化技術、微處理技術、影象顯示技術、自動化技術、智慧型化技術等的廣泛應用，力學計量有了新的飛躍，國內外已經建立了一大批量程寬、
準確度高的計量標準裝置。文章論述力學計量技術標準裝置現狀及發展趨勢。［關鍵詞］力學；力值計量；發展趨勢
［作者簡介］伍卓亮，廣州市花都質量技術監督檢測所，廣東廣州，510800
［中圖分類號］tb9
［文獻標識碼］a
［文章編號］1007-7723（2009）04-0019-0002
一、力值計量概述
作為力值的傳遞標準，在上世紀70年代以前，主要採用水銀箱式和百分表式測力儀，準確度低。隨著科學技術的快速發展，一大批力基標準裝置相繼建立。目前，力基標準裝置的主要結構形式有靜重式、槓桿式、液壓式和疊加式。
我國在20世紀70年代末建立起了1m n 以下的力基標準裝置，隨後又建立起了5m n 、20m n 和30m n 力基、標準裝置，並制定了相應的檢定規程，完善了力值的量傳體系。
二、力值計量的現狀
（一）靜重式力基、標準機
靜重式力基、標準機或靜重式基、標準測力機，均以已知砝碼的重力直接作為基、標準力值，通過適當的機構和程式平穩地施加到被檢定的測
力儀上。
靜重式就是直接加荷式，所以有時也稱之為直接加荷式基、
標準測力機。考慮到空氣浮力影響，質量為m 的砝碼在重力場中所復現的力值f 可表達為：
f =m g (1-ρa /ρw )式中：f ———力值，n ；
m ———砝碼的質量，kg ；g ———安裝地點的重力加速度，m/s 2；ρa ———空氣密度，kg/m 3；ρw ———砝碼材料的密度，kg/m 3。
這種機器的力值不確定度，主要取決於砝碼質量的不確定度、安裝地點重力加速度的測量不確定度、砝碼和空氣密度的測量不確定度。其計量效能還與機器的結構、負荷的加解除安裝方式和砝碼的穩定性等有關。力值不確定度可達1×10-5。
（二）槓桿式力標準機
槓桿式力標準機或槓桿式標準測力機，利用不等臂槓桿系統（單級或複式），將已知砝碼的重力放大而得到標準力值，平穩地施加到被檢定的測力儀上。其所復現的力值f 可表達為：
f=kmg (1-ρa /ρw )式中：k ——槓桿放大比，即槓桿長臂與短臂長之比。
這種機器的力值不確定度除了靜重因素外，主要取決於槓桿比的測量不確定度；其計量學效能同槓桿的構造與組合方式、刀刃與刀承的構造以及加工安裝的質量有關，力值不確定度可達1×10-4。
（三）液壓式力基、標準機液壓式力基、標準機或液壓式基、標準測力機，以帕斯卡原理為基礎，通過兩個面積不等的無機械摩擦的缸塞副，將已知砝碼的重力放大而得到
基、標準力值，平穩地施加到被檢定的測力儀上。所復現的力值f 可表達為：
f =(w +w 0+g)s 1/s 2+h ρgs 1-w 1-w 2式中：w ———砝碼的重力，n ；
w 0———測力活塞及其掛吊的重力，n ；g ———測力儀平衡重塊的重力，n ；s 1———工作缸塞的有效面積，m 2；s 2———測力缸塞的有效面積，m 2；h ———測力活塞與工作活塞底面的高度
差，m ；
ρ———油液密度，kg/m 3；w 1———工作活塞及其反向器的重力，n ；w 2———測力儀的重力，n 。
由於這種測力機的放大比遠大於槓桿式測力
19機，因而通常用作大力值基、標準機。最大力值有20mn、5m n、2m n(含500kn組)和600kn等，力值不確定度一般可達1×10-4。
我國大力值(不小於1mn)國家基準由最大力值為5m n和20m n的兩台液壓式基準測力機組成，其力值不確定度分別為2×10-4和1×10-4。
（四）疊加式力標準機
這種力標準機與前述三種測力機不同，它不是採用絕對測量方法，而是採用相對比較測量方法，是用乙個(組)標準較高的測力儀作為標準，通過適當的機構，與被檢定的測力儀串聯(疊置)後，以液壓方式或機械方式施加負荷，進行比較測量，用以確定被檢測力儀的計量特性。其力值不確定度主要取決於標準測力儀的效能指標、被檢測力儀的串聯方式、安裝質量以及加荷機構的效能等。國內已有最大力值為500kn和1m n的疊加式力標準機，其力值不確定度一般可達到3×10-4。
（五）力感測器動態特性校準
目前，力感測器動態校準主要有兩種方法：階躍力法和正弦力法。
階躍力法是利用乙個液壓力源，被測感測器放在由脆性材料試件構成的支梁上，當載荷施加到一定量時，脆性材料達到強度極限，試件突然斷裂，感測器受到乙個下降時間為(20～50)μs的斜坡負階躍力激勵，階躍力大小由試件截面積控制。感測器輸出訊號到訊號採集系統供處理。
正弦力法是利用乙個振動台，被測感測器安裝在振動台臺面上，被測感測器頂面安裝已知質量(m)的質量塊，當振動台做正弦振動時，根據牛頓第二定律，力感測器承受的動態力為f=ma，a可由加速度計測量。改變振動台振動頻率，可得到不同頻率下的正弦力。
上述兩種方法都可在一定頻率和力值範圍內使用，並能取得較好的測量結果，但仍有很大的侷限性，例如頻率範圍不夠寬、力值大小受限制，加之安裝方式帶來的誤差較大，所以校準不確定度較低，目前仍沒有廣泛使用。
三、力值計量發展趨勢
近年來，隨著數控加工技術、電子技術、計算機技術和訊號處理技術不斷地應用在力值計量中，其發展趨勢主要有以下幾個方面：
（一）自動化
充分利用當今計算機技術的最新成就，各類視窗風格功能齊全的校準軟體廣泛地應用於各類力標準機中，提高了校準速度，減少了人工操作，消除了人為誤差。目前推出的力標準機無一例外地都實現了自動化。
（二）動態力研究逐步深入
鑑於動態力校準的重要性和目前的發展狀況，動態力校準的研究正進一步深化，並取得了一些進展。借助於動態訊號分析和處理技術，研究動態力的發生機理及訊號採集將是力值計量的主要研究方向。
（三）極值力研究
大力值(10mn以上)和微小力值(1n以下)標準測力機的研製，是今後力值計量的乙個重要發展方向。
（上接第23頁）機構。當前我國銀行面臨的障礙之一是中小企業貸款市場資訊不透明、財務不明晰、運作不規範。因此，解決中小企業融資難的又一重要手段是建立中心和地方分層次的由**支援的中小企業信用擔保體系。
（五）大力推進人力資源的開發，為技術創新提供智力服務
我國是乙個人力資源十分豐富的國家，大力開發人力資源、努力促進資源優勢轉化為科技優勢，對於增強企業技術創新能力有著十分重大的現實意義。（1）構建有效的人才激勵機制，匯集並不斷壯大企業的人才隊伍，進而最大限度地發揮其智力潛能。（2）優化人才匯集環境，在企業內部，應通過各種方式營造尊重知識、尊重人才的氛圍；充分放權、授權，委以重任，予以實現個人價值的發展空間；倡導和營造創造性、自主性、人情化的企業，產生對優秀人才的吸引力、凝聚力和感召
力，進而迸發出巨大的創造力和競爭力。（3）大力加強中介服務機構的建設。中介服務機構是知識技術流動傳遞的乙個重要環節，它可以有效地解決科技成果轉化難的問題，為知識技術的供求提供乙個適宜的場所。
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