試析重力加速度對(duì)力學(xué)計(jì)量器具準(zhǔn)確度的影響

高紅

摘 要：在不同的環(huán)境中，同一物體的重量可能會(huì)有很大的不同。一般來(lái)說(shuō)，物體的重力加速度與其緯度成正比，與其高度成反比。本文就重力加速度對(duì)力學(xué)計(jì)量器具準(zhǔn)確度的影響進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：重力加速度;力學(xué)計(jì)量器具;準(zhǔn)確度;影響

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，為適應(yīng)社會(huì)的快速發(fā)展和國(guó)際形勢(shì)的變化，我國(guó)對(duì)于科研事業(yè)的投入越來(lái)越多，重視程度逐年增加，在此大背景之下，力學(xué)領(lǐng)域也得到長(zhǎng)足的發(fā)展。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，力學(xué)計(jì)量?jī)x器不斷創(chuàng)新和發(fā)展，但是隨之而來(lái)的是對(duì)檢定工作的要求越來(lái)越高，在測(cè)量過(guò)程中，由于儀器的不確定因素以及檢定人員的失誤，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響，為后續(xù)的檢測(cè)工作帶來(lái)不便，因此，筆者將針對(duì)力學(xué)計(jì)量?jī)x器檢定相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 力學(xué)計(jì)量的基本概念和應(yīng)用意義

力學(xué)的應(yīng)用分為3個(gè)過(guò)程。1）根據(jù)力學(xué)原理創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3）對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析總結(jié)，得到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中最重要的就是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性，這很大程度上依賴于力學(xué)計(jì)量?jī)x器，可以說(shuō)力學(xué)計(jì)量?jī)x器是整個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重要載體。力學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求極高，溫度過(guò)高或過(guò)低，壓縮和拉伸速度以及實(shí)驗(yàn)室的濕度都對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，所以，力學(xué)和力學(xué)計(jì)量?jī)x器有很大的關(guān)系。力學(xué)計(jì)量主要由質(zhì)量計(jì)算振動(dòng)計(jì)算等部分構(gòu)成，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)因國(guó)家而異，由于計(jì)量方法的差異，導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果也有所區(qū)別，而我國(guó)采用的則是自身的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)際力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)還有著明顯的區(qū)別。

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

2.1 靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)主要是讓具體的數(shù)據(jù)砝碼動(dòng)力當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)力值，再通過(guò)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)或已經(jīng)編程完成的程序把力值實(shí)施于測(cè)力儀中，此類(lèi)裝置主要借助靜重力基來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的提升，能夠?qū)χ亓z測(cè)難度實(shí)現(xiàn)降低，并保證重力的檢測(cè)工作能夠順利的進(jìn)行，這也是靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)具有的重要優(yōu)勢(shì)。靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)主要通過(guò)直接進(jìn)行負(fù)荷的增加，因此其也被稱(chēng)作直接加荷標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，此裝置力值具有不確定性，其不確定性取決砝碼質(zhì)量不確定、裝置安裝地點(diǎn)具有重力的加速度不確定以及砝碼與空氣密度測(cè)量的不確定度等，同時(shí)其計(jì)量的性能還和裝置結(jié)構(gòu)、砝碼穩(wěn)定性以及負(fù)荷加卸載的方式等有關(guān)，其力值的不確定度達(dá)到了1×10-5。

2.2 杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)又被稱(chēng)作杠桿式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)，主要是通過(guò)單級(jí)或者復(fù)式的不等式臂杠桿系統(tǒng)，把已經(jīng)知道的砝碼重力進(jìn)行放大而獲取標(biāo)準(zhǔn)的力值，將其平穩(wěn)的施加于被檢定測(cè)力儀中。杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)工作方式主要是借助杠桿原理來(lái)對(duì)力學(xué)數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的杠桿，來(lái)實(shí)現(xiàn)力學(xué)數(shù)值檢測(cè)的目的。在此裝置的實(shí)際應(yīng)用中，其檢測(cè)操作的方法比較簡(jiǎn)單，實(shí)際檢測(cè)也比較容易實(shí)現(xiàn)，但由于受到了杠桿原理限制，此裝置檢測(cè)的精度是比較低的。

2.3 液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的原理是帕斯卡原理，通過(guò)兩個(gè)不等面積無(wú)機(jī)械性摩擦副塞缸，把已經(jīng)知道的砝碼重力放大獲取標(biāo)準(zhǔn)的力值，將其平穩(wěn)的施加于檢定測(cè)力儀中，這種計(jì)量檢測(cè)的應(yīng)用值是十分靈活的，能夠按照需要進(jìn)行規(guī)定值設(shè)定，常用的包括2MN和5MN，且其最大的限度達(dá)到了20MN。在杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)中，其應(yīng)用都是受到其方法一定限制，而液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)能夠更好地滿足實(shí)際的需要，通過(guò)壓力來(lái)進(jìn)行測(cè)定，其應(yīng)用范圍也更為廣泛。在液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)應(yīng)用中，壓力測(cè)量是力學(xué)測(cè)量中的關(guān)鍵，通過(guò)壓力測(cè)量也有效的提高了力學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性，這也是其得到廣泛應(yīng)用的主要原因。

2.4 彈簧式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

彈簧式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的原理主要是彈性敏感的元件在壓力的作用下而發(fā)生的彈性形變的大小，再通過(guò)傳動(dòng)放大的機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)測(cè)量的壓力大小進(jìn)行有效的顯示。此裝置彈性元件直接影響裝置測(cè)定的壓力范圍以及不確定性的大小，其彈性元件一般包括膜片式、彈簧式以及波紋管式等類(lèi)型，其裝置的不確定性通常是1.3×10-1。

2.5 傳感式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

傳感式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一種新型的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其主要是借助力傳感器的校準(zhǔn)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的，比較常見(jiàn)的傳感式包括正弦力法，在此方法下，需要借助相應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)，把被測(cè)的傳感器設(shè)置在振動(dòng)臺(tái)內(nèi)，且要將傳感器內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量塊的裝設(shè)。在發(fā)生正弦的運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓的第二定律作為參照，按照F=ma的公式進(jìn)行計(jì)算，a代表加速度，只需要進(jìn)行振動(dòng)頻率的調(diào)整，就可以把不同頻率下的正弦力進(jìn)行求解，盡管正弦力法的應(yīng)用具有顯著的測(cè)量效果，但其也具有明顯的局限性，如果力值的大小不在測(cè)量的范圍內(nèi)，則就會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，因此在此方法的應(yīng)用中需要重點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)的不確定度考慮。

3 對(duì)重力加速度對(duì)于力學(xué)計(jì)量器具準(zhǔn)確度的影響以及處理方法分析

3.1 重力加速度對(duì)力學(xué)計(jì)量器具準(zhǔn)確度的影響分析

（1）重力加速度對(duì)機(jī)械測(cè)量?jī)x器精度的影響主要體現(xiàn)在重力加速度的變化上。如果局部重力加速度的變化是在機(jī)械測(cè)量?jī)x器的生產(chǎn)和檢定過(guò)程中，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣茸兓坎蛔?×10-4，重力加速度對(duì)機(jī)械測(cè)量?jī)x器的影響可以忽略不計(jì)。（2）機(jī)械測(cè)量?jī)x器在生產(chǎn)和檢定過(guò)程中，重力加速度的變化是否超過(guò)重力加速度的變化超過(guò)5×10-4，此時(shí)重力加速度引起的測(cè)量誤差大于測(cè)量?jī)x器的允許誤差。在這種情況下，其他區(qū)域的測(cè)量?jī)x器在收到后必須重新校準(zhǔn)。

3.2 處理方法分析

（1）通過(guò)重力補(bǔ)償軟件的應(yīng)用，消除了重力加速度對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響。在這一階段，許多制造商在生產(chǎn)機(jī)械測(cè)量?jī)x器的過(guò)程中，都考慮了重力加速度對(duì)機(jī)械測(cè)量?jī)x器精度的影響，因此一些測(cè)量?jī)x器本身就有重力補(bǔ)償軟件。制造商調(diào)整電器使用區(qū)域，使電器使用更加方便。（2）通過(guò)設(shè)置二進(jìn)制開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)整。測(cè)量?jī)x器設(shè)置一套二元開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)根據(jù)儀器的實(shí)際情況和使用區(qū)域而變化，從而修正重力加速度引起的誤差。（3）通過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)消除了誤差。儀器正式使用前，先防止標(biāo)準(zhǔn)裝置在設(shè)備上使用，然后通過(guò)相應(yīng)的操作系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)裝置的名義值。

結(jié)束語(yǔ)

在今后的發(fā)展過(guò)程中，必須重視重力加速度對(duì)機(jī)械測(cè)量?jī)x器的影響，采取合理措施消除重力加速度引起的誤差，保證機(jī)械測(cè)量?jī)x器的精度。

參考文獻(xiàn)

[1]焦鐵.簡(jiǎn)要分析重力加速度對(duì)力學(xué)計(jì)量器具精準(zhǔn)程度造成的影響[J].裝飾裝修天地，2017（19）.

[2]黃惠鵬.重力加速度對(duì)電子衡器準(zhǔn)確度的影響[J].計(jì)量技術(shù)，2002，36（9）：5253.