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力学计量技术标准装置现状及发展趋势 　　 ［摘要］力学计量经过几十年的发展，建立了比较完善的力学计量体系。近年来，随着计算机技术、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、智能化技术等的广泛应用，力学计量有了新的飞跃，国内外已经建立了一大批量程宽、准确度高的计量标准装置。文章论述力学计量技术标准装置现状及发展趋势。 　　 ［关键词］力学；力值计量；发展趋势 　　 ［作者简介］伍卓亮，广州市花都质量技术监督检测所，广东广州，510800 　　 ［中图分类号］ TB9 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2009）04-0019-0002 　　 　　一、力值计量概述 　　 　　 作为力值的传递标准，在上世纪70年代以前，主要采用水银箱式和百分表式测力仪，准确度低。随着科学技术的快速发展，一大批力基标准装置相继建立。目前，力基标准装置的主要结构形式有静重式、杠杆式、液压式和叠加式。我国在20世纪70年代末建立起了1MN以下的力基标准装置，随后又建立起了5MN、20MN和30MN力基、标准装置，并制定了相应的检定规程，完善了力值的量传体系。 　　 　　二、力值计量的现状 　　 　　 （一）静重式力基、标准机 　　 静重式力基、标准机或静重式基、标准测力机，均以已知砝码的重力直接作为基、标准力值，通过适当的机构和程序平稳地施加到被检定的测力仪上。静重式就是直接加荷式， 所以有时也称之为直接加荷式基、标准测力机。考虑到空气浮力影响，质量为m的砝码在重力场中所复现的力值F可表达为： 　　 F = m g (1-ρa /ρw ) 　　 式中：F――力值，N； 　　 m――砝码的质量，kg； 　　 g ――安装地点的重力加速度，m/s2； 　　 ρa――空气密度，kg/m3； 　　 ρw ――砝码材料的密度，kg/m3。 　　 这种机器的力值不确定度，主要取决于砝码质量的不确定度、安装地点重力加速度的测量不确定度、砝码和空气密度的测量不确定度。其计量性能还与机器的结构、负荷的加卸载方式和砝码的稳定性等有关。力值不确定度可达1×10 -5。 　　 （二）杠杆式力标准机 　　 杠杆式力标准机或杠杆式标准测力机，利用不等臂杠杆系统（单级或复式），将已知砝码的重力放大而得到标准力值，平稳地施加到被检定的测力仪上。其所复现的力值F可表达为： 　　 F= kmg ( 1-ρa/ρw ) 　　 式中：k ――杠杆放大比，即杠杆长臂与短臂长之比。 　　 这种机器的力值不确定度除了静重因素外，主要取决于杠杆比的测量不确定度；其计量学性能同杠杆的构造与组合方式、刀刃与刀承的构造以及加工安装的质量有关，力值不确定度可达1×10-4。 　　 （三）液压式力基、标准机 　　 液压式力基、标准机或液压式基、标准测力机，以帕斯卡原理为基础， 通过两个面积不等的无机械摩擦的缸塞副，将已知砝码的重力放大而得到基、标准力值，平稳地施加到被检定的测力仪上。所复现的力值F可表达为： 　　 F = (W +W0 + G) S1/S2 + HρgS1 - W1-W2 　　 式中：W――砝码的重力，N； 　　 W0――测力活塞及其挂吊的重力，N； 　　 G――测力仪平衡重块的重力，N； 　　 S1――工作缸塞的有效面积，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，kg/m3； 　　 W1――工作活塞及其反向器的重力，N； 　　 W1――测力仪的重力，N。 　　 由于这种测力机的放大比远大于杠杆式测力机，因而通常用作大力值基、标准机。最大力值有20MN、5MN、2MN (含500 kN组)和600 kN等，力值不确定度一般可达1×10-4。 　　 我国大力值(不小于1 MN)国家基准由最大力值为5MN和20 MN 的两台液压式基准测力机组成，其力值不确定度分别为2×10-4和1×10-4。 　　 （四）叠加式力标准机 　　 这种力标准机与前述三种测力机不同，它不是采用绝对测量方法，而是采用相对比较测量方法，是用一个(组)标准较高的测力仪作为标准，通过适当的机构，与被检定的测力仪串联(叠置)后，以液压方式或机械方式施加负荷，进行比较测量，用以确定被检测力仪的计量特性。其力值不确定度主要取决于标准测力仪的性能指标、被检测力仪的串联方式、安装质量以及加荷机构的性能等。国内已有最大力值为500kN和1MN的叠加式力标准机，其力值不确定度一般可达到3×10-4。 　　 （五）力传感器动态特性校准 　　 目前，力传感器动态校准主要有两种方法：阶跃力法和正弦力法。 　　 阶跃力法是利用一个液压力源，被测