力学计量技术标准装置的发展现状探析

李丁

（湖南省计量检测研究院 湖南长沙 410014）

力学计量技术标准装置的发展现状探析

李丁

（湖南省计量检测研究院 湖南长沙 410014）

经济在发展，科学技术也随之不断地发展着，我国的力学计量标准相应的也在逐渐发展与完善。在计量学这一领域中，力学计量是发展的较早、也较成熟的领域，力学计量技术对我国的经济发展起到了至关重要的作用。本文就力学计量技术标准装置的发展现状展开分析，就实际情况提出一些发展性的建议，希望在以后的力学计量技术上能够提供应有的帮助。

力学；计量技术；标准装置；发展现状

1 引言

在力学的发展之初，技术是相当单一的，就是通过简单的力学测量来完成对物体的定量描述。但是就这简单的力学测量，对我国经济、科技发展起到了绝对的作用，它在现实生活中也是无处不在、无时不有的存在。就在随着我国科技不断发展的过程中，力学计量技术也得到了迅速的发展。当代数字信息技术以及图像处理技术在很大程度上都促进了我国力学计量技术的成长，为我国计量技术的准确计量提供了强有力的保证。在这个经济、科技迅速发展的年代，力学计量技术已经形成了一个较为完善的体系，为我国日后的科技发展提供强大的支持。

2 力值计量概述

在计量学中，对于物体的定量描述主要是通过力学测量进行的。在测试过程中，需要明确计量测试的各项参数，如振动、压力、流通和质量。力学计量是力值传递的主要标准。20世纪之前力值计量基本都是使用百分表式测力仪以及水银箱测力仪，得到的测量数据精确度比较低。近些来，随着科学技术的不断发展，计算机技术、光电技术、数字化技术、微处理技术、图像显示急速、自动化技术以及智能化技术都融入力学计量中，促进了力学计量行业的发展。我国很多量程宽、准确度高的力学计量标准装置陆续建立起来。当前，我国力学计量标准装置的主要形式有杠杆式、净重式、液压式以及叠加式。20世纪80年代初，我国建立的力学计量标准装置都是1MN以下的力学计量标准装置，伴随着计量技术的进步，力学计量的方法取得了长足的进步。我国逐步建立了5MN、20MN和30MN的力学计量标准装置，与此同时制定和出台了相关的检定规章制度，形成了一个比较完善的力学计量体系，使得计量标准装置的计量精度更高，实用性也有所提高。

3 力学计量技术标准装置的发展现状

3.1 传感式力学计量标准装置

传感式力学计量标准装置，就是使用一些感应元件和其它的一些附件，来对物体进行测量的一个力学测试系统。在这个系统中，就是根据系统测试物体时，观察物体的实际情况，技术人员根据系统显示的数据和信息，从而来判断物体的测量结果。这种力学测量系统，能够很好地、准确的测量出所需要测量的一些项目，从而更加合理的使用被测量的物体。

3.2 杠杆式力学计量标准装置

杠杆式力学标准进行力学计量的工作原理是借助不等臂杠杆系统，通过放大砝码的重力以得到标准力值，并且将标准力值平稳地放置在被检定的测力仪上。杠杆式力标准及在进行力学计量中复现的力值F的表达式为：

F=kmg（1-Pa/Pw）

式中：F表示的是力值，其单位为N；k表示的是杠杆式力标准机的杠杆的放大比，也就是杠杆长臂和断臂长的比值；m表示的是砝码质量，单位为g；g表示的是测量的当地的重力加速度，单位为m/s2；Pa表示的是空气密度，单位为kg/m3；Pw表示的是砝码材料密度，单位为kg/m3。重力以及杠杆比的测量不确定度对杠杆式标准机的力值不确定度有着决定性的作用，与此同时刀刃和刀承的结构、杠杆的构造和组合方式、杠杆式标准机的加工质量都对杠杆式力学标准机的性能有所影响。目前，杠杆式力标准机的力值不确定度高达1×10-4。

3.3 弹簧式力学计量标准装置

弹簧式的力学计量标准装置主要就是根据弹簧受力产生形变，然后通过相应的观察或者其他形式来测量压力的大小。这种装置的测量压力值的范围很灵活，没有绝对的能够测量最大压力值，它可以根据弹簧的不同性能来改变其能够测量的最大压力值。正是因为这样，弹簧式力学计量标准装置在实际应用中能够得到人们的好评，应用的领域也比较广泛。

3.4 叠加式力学计量标准装置

采用液压或者机械方式来测量物体的力值，并且设定一个较大的测试仪器的装置就是叠加式力学计量标准装置。这种力学计量装置能够通过对比来发现测试仪器的好坏，计量的数据准不准确等问题。除此之外，该种装置具备一个优势，即计量的标准装置的指标大小和测量仪器的好坏都不会对该力学计量标准装置造成一点影响，这也就保证了测试结果的准确无误。

3.5 液压式力学计量标准装置

液压式力基、标准机进行力学计量的工作原理就是在帕斯卡原理的基础上，使用两个不同面积的无机械摩擦的缸塞副放大已知的砝码重量，从而获得标准力值数据，同时将得到的标准力值平稳地添加到测力仪上。液压式力基、标准机在进行力学计量时复现的力值F表达式如下：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2

式中：W表示的是砝码的重量，单位为N；W0表示的是测力活塞和吊挂的重力，单位为N；G表示的是测力仪平衡肿块的重力，单位为N；S1表示的是工作活塞的有效面积，单位为m2；S2表示的是测力缸塞的有效面积，单位为m2；H表示的是测力活塞和工作活塞底面的高度差，单位为m；ρ表示的是油液密度，单位为kg/m3；W1表示的是工作活塞和反向器的重力，单位为N；W2表示的是测力仪的重力，单位为N。

因为液压式力基、标准机的方法比比较高，一般情况下最大力值基、标准机，液压式力基、标准机的最大力值依次为：20MN、5MN、2MN以及600kN。当前，液压式力基、标准机测量力值不确定度高达1×10-4。

4 力学计量标准装置的发展趋势

新技术、新材料的进一步发展，在实际应用，也促进了力学计量标准装置的发展。电子信息技术和数字信息处理技术现在已经普遍的被应用到其中，下面就介绍几种力学计量标准装置在未来的发展趋势：

4.1 有静态方向发展为动态方向

在力学计量发展的过程中，一个重要的发展方向就是往动态方向发展。在这一发展过程中，除了有静态向动态转变以外，还要提高其测量的准确度。技术人员在使用计量技术的同时，必须要将一些新技术很好地融入进测量系统，比如将信息处理技术更好的发展为力学计量技术的重要一个环节，根据动态的数据来判断跟踪信号的强弱变化，这是力学计量的重要的发展内容和方向。

4.2 量限逐渐向两端进行延伸

由于受到测量要求和环境的限制，计量装置的测量范围也是受到了一定的限制的。就目前的状况来看，研究计量装置的两端力值，已经成为了对力值研究的一个重要的方向。之前的那种规规矩矩的力值研究已经难以满足计量技术的发展要求，所以对于两端力值的研究也是一种迫切的需求。

4.3 力学计量装置测量的自动化

在这个机器机械化的时代，很多装置都已经实现了自动化的状态。力学计量装置的自动化，现在也已经成为了一个发展趋势，是以后其发展的又一个主要方向和内容。力学计量的技术人员可以采用各种方便的计算机性能软件，达到力学装置测量的自动化。这种形式下的力学计量装置，不仅可以提高计量数据的精确度，还能够达到节省人力物力的目的，且可以消除掉因为人工原因造成的错误或误差。就目前来看，在很多方面，我国的力学计量装置已经实现了高性能的自动化操作，在未来的工作中，需要将自动化普及。

5 结束语

随着我国高新技术的发展与应用，数字化和信息化也已经很好地融入到了力学计量装置中，对力学计量装置的发展起到了很好地助推作用。在力学计量装置的以后发展过程中，将更多的高新技术和科技融入到自身的发展中来，已经成为了该计量装置发展的一项重要的工作和要求。不仅要准确的采用各类高科技，还要汲取其他技术的优秀的研究方法，除了要加大力度研究两端力值以外，还要适当的采用新技术、新理论，从而更好地完善力学计量标准装置，促进其自身的更好发展。

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TB93

A

1004-7344（2016）11-0212-02

2016-3-28

李 丁（1983-），男，助理工程师，本科，主要从事力学计量检测、校准方面的工作。