方劍

【摘 要】力學(xué)計量管理與計量標準裝置給力學(xué)計量的準確性和可靠性提供了強力的保障。力學(xué)計量管理用科學(xué)技術(shù)和法制的手段，來實現(xiàn)國家的力學(xué)計量工作目標；力學(xué)計量標準裝置是國家計量檢測部門不可或缺的力值計量設(shè)備，對國家科學(xué)測量起著不可替代的作用。本文從力學(xué)計量管理入手，深入顯出地分析了力學(xué)計量標準裝置目前的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展道路。

【關(guān)鍵詞】力學(xué)計量管理；力學(xué)計量標準裝置

0.概述

眾所周知，科學(xué)技術(shù)是人類生存和發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)，其實，計量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個重要的組成部分。從經(jīng)典的牛頓力學(xué)到現(xiàn)代的量子力學(xué)，各種定律、定理，都是經(jīng)過觀察、分析、研究、推理和實際驗證才被揭示、承認和確立，計量正是上述過程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。力學(xué)計量從新中國建立到現(xiàn)在，有了長足的進步和發(fā)展，我國已建立了比較完善的力學(xué)計量體系。隨著科技的進步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，力學(xué)計量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防乃至人民生活中起到了舉足輕重的作用，可以毫不夸張的說，力學(xué)計量水平的高低，已成為衡量一個國家的科技、工業(yè)和社會發(fā)展程度的重要標志之一。

1.力學(xué)計量管理

力學(xué)計量管理是指力學(xué)計量部門對所有測量手段和方法，以及獲得、表示和測量結(jié)果的條件進行的管理。力學(xué)計量管理的就是保證計量裝置準確、可靠、客觀、正確的計量力值。

1.1計量管理在監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量中的作用

計量管理就是通過對檢驗、測量和試驗設(shè)備的量值校準、傳遞、調(diào)整，來確保量值的準確。計量管理圍繞著產(chǎn)品質(zhì)量，首先，是要對產(chǎn)品的技術(shù)指標進行依法溯源。要按照國家規(guī)定的量制、量值和技術(shù)規(guī)范來制定企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)標準；并分解出產(chǎn)品的技術(shù)指標和生產(chǎn)中允許的誤差范圍。這是計量管理對產(chǎn)品質(zhì)量法制管理的主要內(nèi)容。其次，建立健全計量標準儀器，對外接受法定計量技術(shù)機構(gòu)的量值傳遞、校準、比對等；對內(nèi)開展對測量器具的檢定和不間斷地對企業(yè)產(chǎn)品進行抽查。再就是，完善的測試手段、測試流程、檢測設(shè)備，使產(chǎn)品在生產(chǎn)中受到全過程、全工序、全工藝的檢測，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2加強力學(xué)計量裝置管理

首先，建立科學(xué)有效的計量確認體系，是加強力學(xué)計量裝置管理的保證。計量確認體系包括計量檢測設(shè)備的管理、確認和文件三個部分?！拔募鳖愃朴谟嬃抗芾碇贫?，“確認”包括對計量檢測設(shè)備的校準、調(diào)試、修理等一組操作。計量確認體系是把以上各項工作當成一個系統(tǒng)工程去考慮。其次，樹立溯源意識。“溯源”與“量傳”有較大區(qū)別。溯源是指通過連續(xù)的比較鏈，使得測量結(jié)果能過與國家計量基準或國際計量基準聯(lián)系起來。而量傳是指通過對計量器具的檢定或修理，將國家基準所復(fù)現(xiàn)的計量單位量值通過各等級計量標準傳遞到工作用計量器具，來保證被測對象量值的準確性和一致性。由此可見，溯源意識是自下而上尋求計量標準的意愿，而量傳是政府部門自上而下的意志。故加強力學(xué)計量器具的管理就是要加強建立科學(xué)有效的計量確認體系和樹立溯源意識。

2.力值計量標準裝置現(xiàn)狀

力標準機是一個國家力值計量和力值傳遞領(lǐng)域的最高標準設(shè)備。目前，力基標準裝置的主要結(jié)構(gòu)及形式有靜重式、杠桿式、液壓式和疊加式四種。

2.1靜重式力標準機

靜重式力標準機是利用砝碼質(zhì)量所產(chǎn)生的重力來復(fù)現(xiàn)力值加載到被檢測力儀上，由于沒有過多的外界干擾因素，所以它的準確度很高。靜重式力標準機準確度所以高，是因為其復(fù)現(xiàn)力值來源的式砝碼重量，考慮到砝碼在空氣中浮力的影響，質(zhì)量為m的砝碼在重力場中所復(fù)現(xiàn)的力值F表達式為：

F=mg（1-ρa/ρw）

式中：F—力值。

M—砝碼的質(zhì)量。

g—安裝地點的重力加速度。

ρa—空氣密度。

ρw—砝碼材料的密度。

鑒于靜重式基準機高精度的特點，每個國家基本上都在使用靜重式測力機作為本國大力值計量標準，以提升本國力值測量的精確度。

2.2杠桿式力標準機

杠桿式力標準機采用單塊固定質(zhì)量的砝碼，通過改變砝碼在主杠桿橫梁上的位置，來改變杠桿比以達到施加不同大小載荷的這一力源技術(shù)方法，進而將力值的精確控制轉(zhuǎn)化為對砝碼位置的精密控制。將已知砝碼的重力放大而得到標準力值，按順序?qū)⒘χ抵鸩郊虞d到被檢定的測力儀上。其力值F表達式為：

F=kmg（1-ρa/ρw）

式中：k—杠桿放大比。

每次加載后，因為被檢傳感器的變形會導(dǎo)致杠桿連接加荷部分的一端下降，主機通過底部的變速拉平機構(gòu)帶動反力架向下移動，使杠桿回復(fù)到水平狀態(tài)，同時控制系統(tǒng)對被測傳感器的數(shù)據(jù)進行采集。

2.3液壓式力標準機

液壓式力標準機是以帕斯卡原理為基礎(chǔ)設(shè)計制造的。作用于封閉容器中的流體上的壓力不減弱地傳遞，并垂直作用在它所接觸的所有界面上。作用于封閉液體的外力，以相等的壓力向密閉液體所接觸的容器或管道的表面?zhèn)鬟f。因而，在液壓式力標準機的液壓系統(tǒng)中，作用于小面積的測力活塞上的標準砝碼的重力會在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個大的標準力值F，其F的表達式為：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2

式中：W—砝碼的重力。

W0—測力活塞及其掛吊的重力。

G—測力儀平衡重塊的重力。

S1—工作缸塞的有效面積。

S2—測力缸塞的有效面積。

H—測力活塞與工作活塞底面的高度差。

ρ—油液密度。

W1—工作活塞及其反向器的重力。

W2—測力儀的重力。

由于液壓式力標準機的放大比遠大杠桿式測力機，因而常用作大力值標準機。但由于液壓介質(zhì)自身的特性和機械摩擦，液壓系統(tǒng)壓力傳遞會有滯后現(xiàn)象。因此在液壓式力標準機中快速響應(yīng)指標和超調(diào)量指標是相互矛盾的，目前我國正在研究和應(yīng)用自動控制來解決這一矛盾，使系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和無超調(diào)的特性。

3.力學(xué)計量的發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展及檢測技術(shù)不斷提出新的要求，力學(xué)計量的正朝著以下幾個方面發(fā)展。

（1）高速化，低能耗。提高檢測效率，降低檢測成本。

（2）機電液一體化。機械電子液壓伺服系統(tǒng)相結(jié)合，具有廣泛的靈活性，響應(yīng)快、控制精度高。

（3）智能化、自動化。電子技術(shù)的飛速發(fā)展為力檢測技術(shù)和力標準機實現(xiàn)自動化智能化提供技術(shù)支持。

（4）網(wǎng)絡(luò)化。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動控制從以往的集中式向多元化分布發(fā)展，以實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的資源共享和管理。 [科]

【參考文獻】

[1]洪寶林.力學(xué)計量[M].原子能出版社，2002.

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