力學計量技術標準裝置的發展現狀探析

李丁

（湖南省計量檢測研究院 湖南長沙 410014）

力學計量技術標準裝置的發展現狀探析

李丁

（湖南省計量檢測研究院 湖南長沙 410014）

經濟在發展，科學技術也隨之不斷地發展著，我國的力學計量標準相應的也在逐漸發展與完善。在計量學這一領域中，力學計量是發展的較早、也較成熟的領域，力學計量技術對我國的經濟發展起到了至關重要的作用。本文就力學計量技術標準裝置的發展現狀展開分析，就實際情況提出一些發展性的建議，希望在以后的力學計量技術上能夠提供應有的幫助。

力學；計量技術；標準裝置；發展現狀

1 引言

在力學的發展之初，技術是相當單一的，就是通過簡單的力學測量來完成對物體的定量描述。但是就這簡單的力學測量，對我國經濟、科技發展起到了絕對的作用，它在現實生活中也是無處不在、無時不有的存在。就在隨著我國科技不斷發展的過程中，力學計量技術也得到了迅速的發展。當代數字信息技術以及圖像處理技術在很大程度上都促進了我國力學計量技術的成長，為我國計量技術的準確計量提供了強有力的保證。在這個經濟、科技迅速發展的年代，力學計量技術已經形成了一個較為完善的體系，為我國日后的科技發展提供強大的支持。

2 力值計量概述

在計量學中，對于物體的定量描述主要是通過力學測量進行的。在測試過程中，需要明確計量測試的各項參數，如振動、壓力、流通和質量。力學計量是力值傳遞的主要標準。20世紀之前力值計量基本都是使用百分表式測力儀以及水銀箱測力儀，得到的測量數據精確度比較低。近些來，隨著科學技術的不斷發展，計算機技術、光電技術、數字化技術、微處理技術、圖像顯示急速、自動化技術以及智能化技術都融入力學計量中，促進了力學計量行業的發展。我國很多量程寬、準確度高的力學計量標準裝置陸續建立起來。當前，我國力學計量標準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80年代初，我國建立的力學計量標準裝置都是1MN以下的力學計量標準裝置，伴隨著計量技術的進步，力學計量的方法取得了長足的進步。我國逐步建立了5MN、20MN和30MN的力學計量標準裝置，與此同時制定和出臺了相關的檢定規章制度，形成了一個比較完善的力學計量體系，使得計量標準裝置的計量精度更高，實用性也有所提高。

3 力學計量技術標準裝置的發展現狀

3.1 傳感式力學計量標準裝置

傳感式力學計量標準裝置，就是使用一些感應元件和其它的一些附件，來對物體進行測量的一個力學測試系統。在這個系統中，就是根據系統測試物體時，觀察物體的實際情況，技術人員根據系統顯示的數據和信息，從而來判斷物體的測量結果。這種力學測量系統，能夠很好地、準確的測量出所需要測量的一些項目，從而更加合理的使用被測量的物體。

3.2 杠桿式力學計量標準裝置

杠桿式力學標準進行力學計量的工作原理是借助不等臂杠桿系統，通過放大砝碼的重力以得到標準力值，并且將標準力值平穩地放置在被檢定的測力儀上。杠桿式力標準及在進行力學計量中復現的力值F的表達式為：

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準機的杠桿的放大比，也就是杠桿長臂和斷臂長的比值；m表示的是砝碼質量，單位為g；g表示的是測量的當地的重力加速度，單位為m/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量不確定度對杠桿式標準機的力值不確定度有著決定性的作用，與此同時刀刃和刀承的結構、杠桿的構造和組合方式、杠桿式標準機的加工質量都對杠桿式力學標準機的性能有所影響。目前，杠桿式力標準機的力值不確定度高達1×10-4。

3.3 彈簧式力學計量標準裝置

彈簧式的力學計量標準裝置主要就是根據彈簧受力產生形變，然后通過相應的觀察或者其他形式來測量壓力的大小。這種裝置的測量壓力值的范圍很靈活，沒有絕對的能夠測量最大壓力值，它可以根據彈簧的不同性能來改變其能夠測量的最大壓力值。正是因為這樣，彈簧式力學計量標準裝置在實際應用中能夠得到人們的好評，應用的領域也比較廣泛。

3.4 疊加式力學計量標準裝置

采用液壓或者機械方式來測量物體的力值，并且設定一個較大的測試儀器的裝置就是疊加式力學計量標準裝置。這種力學計量裝置能夠通過對比來發現測試儀器的好壞，計量的數據準不準確等問題。除此之外，該種裝置具備一個優勢，即計量的標準裝置的指標大小和測量儀器的好壞都不會對該力學計量標準裝置造成一點影響，這也就保證了測試結果的準確無誤。

3.5 液壓式力學計量標準裝置

液壓式力基、標準機進行力學計量的工作原理就是在帕斯卡原理的基礎上，使用兩個不同面積的無機械摩擦的缸塞副放大已知的砝碼重量，從而獲得標準力值數據，同時將得到的標準力值平穩地添加到測力儀上。液壓式力基、標準機在進行力學計量時復現的力值F表達式如下：

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表示的是測力活塞和吊掛的重力，單位為N；G表示的是測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表示的是測力缸塞的有效面積，單位為m2；H表示的是測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表示的是測力儀的重力，單位為N。

因為液壓式力基、標準機的方法比比較高，一般情況下最大力值基、標準機，液壓式力基、標準機的最大力值依次為：20MN、5MN、2MN以及600kN。當前，液壓式力基、標準機測量力值不確定度高達1×10-4。

4 力學計量標準裝置的發展趨勢

新技術、新材料的進一步發展，在實際應用，也促進了力學計量標準裝置的發展。電子信息技術和數字信息處理技術現在已經普遍的被應用到其中，下面就介紹幾種力學計量標準裝置在未來的發展趨勢：

4.1 有靜態方向發展為動態方向

在力學計量發展的過程中，一個重要的發展方向就是往動態方向發展。在這一發展過程中，除了有靜態向動態轉變以外，還要提高其測量的準確度。技術人員在使用計量技術的同時，必須要將一些新技術很好地融入進測量系統，比如將信息處理技術更好的發展為力學計量技術的重要一個環節，根據動態的數據來判斷跟蹤信號的強弱變化，這是力學計量的重要的發展內容和方向。

4.2 量限逐漸向兩端進行延伸

由于受到測量要求和環境的限制，計量裝置的測量范圍也是受到了一定的限制的。就目前的狀況來看，研究計量裝置的兩端力值，已經成為了對力值研究的一個重要的方向。之前的那種規規矩矩的力值研究已經難以滿足計量技術的發展要求，所以對于兩端力值的研究也是一種迫切的需求。

4.3 力學計量裝置測量的自動化

在這個機器機械化的時代，很多裝置都已經實現了自動化的狀態。力學計量裝置的自動化，現在也已經成為了一個發展趨勢，是以后其發展的又一個主要方向和內容。力學計量的技術人員可以采用各種方便的計算機性能軟件，達到力學裝置測量的自動化。這種形式下的力學計量裝置，不僅可以提高計量數據的精確度，還能夠達到節省人力物力的目的，且可以消除掉因為人工原因造成的錯誤或誤差。就目前來看，在很多方面，我國的力學計量裝置已經實現了高性能的自動化操作，在未來的工作中，需要將自動化普及。

5 結束語

隨著我國高新技術的發展與應用，數字化和信息化也已經很好地融入到了力學計量裝置中，對力學計量裝置的發展起到了很好地助推作用。在力學計量裝置的以后發展過程中，將更多的高新技術和科技融入到自身的發展中來，已經成為了該計量裝置發展的一項重要的工作和要求。不僅要準確的采用各類高科技，還要汲取其他技術的優秀的研究方法，除了要加大力度研究兩端力值以外，還要適當的采用新技術、新理論，從而更好地完善力學計量標準裝置，促進其自身的更好發展。

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TB93

A

1004-7344（2016）11-0212-02

2016-3-28

李 丁（1983-），男，助理工程師，本科，主要從事力學計量檢測、校準方面的工作。