方剑

【摘 要】力学计量管理与计量标准装置给力学计量的準确性和可靠性提供了强力的保障。力学计量管理用科学技术和法制的手段，来实现国家的力学计量工作目标；力学计量标准装置是国家计量检测部门不可或缺的力值计量设备，对国家科学测量起着不可替代的作用。本文从力学计量管理入手，深入显出地分析了力学计量标准装置目前的现状和未来的发展道路。

【关键词】力学计量管理；力学计量标准装置

0.概述

众所周知，科学技术是人类生存和发展的一个重要基础，其实，计量本身就是科学技术的一个重要的组成部分。从经典的牛顿力学到现代的量子力学，各种定律、定理，都是经过观察、分析、研究、推理和实际验证才被揭示、承认和确立，计量正是上述过程的重要技术基础。力学计量从新中国建立到现在，有了长足的进步和发展，我国已建立了比较完善的力学计量体系。随着科技的进步和工业生产的发展，力学计量在农业、工业、国防乃至人民生活中起到了举足轻重的作用，可以毫不夸张的说，力学计量水平的高低，已成为衡量一个国家的科技、工业和社会发展程度的重要标志之一。

1.力学计量管理

力学计量管理是指力学计量部门对所有测量手段和方法，以及获得、表示和测量结果的条件进行的管理。力学计量管理的就是保证计量装置准确、可靠、客观、正确的计量力值。

1.1计量管理在监控产品质量中的作用

计量管理就是通过对检验、测量和试验设备的量值校准、传递、调整，来确保量值的准确。计量管理围绕着产品质量，首先，是要对产品的技术指标进行依法溯源。要按照国家规定的量制、量值和技术规范来制定企业产品的技术标准；并分解出产品的技术指标和生产中允许的误差范围。这是计量管理对产品质量法制管理的主要内容。其次，建立健全计量标准仪器，对外接受法定计量技术机构的量值传递、校准、比对等；对内开展对测量器具的检定和不间断地对企业产品进行抽查。再就是，完善的测试手段、测试流程、检测设备，使产品在生产中受到全过程、全工序、全工艺的检测，以保证产品质量。

1.2加强力学计量装置管理

首先，建立科学有效的计量确认体系，是加强力学计量装置管理的保证。计量确认体系包括计量检测设备的管理、确认和文件三个部分。“文件”类似于计量管理制度，“确认”包括对计量检测设备的校准、调试、修理等一组操作。计量确认体系是把以上各项工作当成一个系统工程去考虑。其次，树立溯源意识。“溯源”与“量传”有较大区别。溯源是指通过连续的比较链，使得测量结果能过与国家计量基准或国际计量基准联系起来。而量传是指通过对计量器具的检定或修理，将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作用计量器具，来保证被测对象量值的准确性和一致性。由此可见，溯源意识是自下而上寻求计量标准的意愿，而量传是政府部门自上而下的意志。故加强力学计量器具的管理就是要加强建立科学有效的计量确认体系和树立溯源意识。

2.力值计量标准装置现状

力标准机是一个国家力值计量和力值传递领域的最高标准设备。目前，力基标准装置的主要结构及形式有静重式、杠杆式、液压式和叠加式四种。

2.1静重式力标准机

静重式力标准机是利用砝码质量所产生的重力来复现力值加载到被检测力仪上，由于没有过多的外界干扰因素，所以它的准确度很高。静重式力标准机准确度所以高，是因为其复现力值来源的式砝码重量，考虑到砝码在空气中浮力的影响，质量为m的砝码在重力场中所复现的力值F表达式为：

F=mg（1-ρa/ρw）

式中：F—力值。

M—砝码的质量。

g—安装地点的重力加速度。

ρa—空气密度。

ρw—砝码材料的密度。

鉴于静重式基准机高精度的特点，每个国家基本上都在使用静重式测力机作为本国大力值计量标准，以提升本国力值测量的精确度。

2.2杠杆式力标准机

杠杆式力标准机采用单块固定质量的砝码，通过改变砝码在主杠杆横梁上的位置，来改变杠杆比以达到施加不同大小载荷的这一力源技术方法，进而将力值的精确控制转化为对砝码位置的精密控制。将已知砝码的重力放大而得到标准力值，按顺序将力值逐步加载到被检定的测力仪上。其力值F表达式为：

F=kmg（1-ρa/ρw）

式中：k—杠杆放大比。

每次加载后，因为被检传感器的变形会导致杠杆连接加荷部分的一端下降，主机通过底部的变速拉平机构带动反力架向下移动，使杠杆回复到水平状态，同时控制系统对被测传感器的数据进行采集。

2.3液压式力标准机

液压式力标准机是以帕斯卡原理为基础设计制造的。作用于封闭容器中的流体上的压力不减弱地传递，并垂直作用在它所接触的所有界面上。作用于封闭液体的外力，以相等的压力向密闭液体所接触的容器或管道的表面传递。因而，在液压式力标准机的液压系统中，作用于小面积的测力活塞上的标准砝码的重力会在大面积的工作活塞上产生一个大的标准力值F，其F的表达式为：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2

式中：W—砝码的重力。

W0—测力活塞及其挂吊的重力。

G—测力仪平衡重块的重力。

S1—工作缸塞的有效面积。

S2—测力缸塞的有效面积。

H—测力活塞与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—测力仪的重力。

由于液压式力标准机的放大比远大杠杆式测力机，因而常用作大力值标准机。但由于液压介质自身的特性和机械摩擦，液压系统压力传递会有滞后现象。因此在液压式力标准机中快速响应指标和超调量指标是相互矛盾的，目前我国正在研究和应用自动控制来解决这一矛盾，使系统具有快速响应和无超调的特性。

3.力学计量的发展

随着科学技术的飞速发展及检测技术不断提出新的要求，力学计量的正朝着以下几个方面发展。

（1）高速化，低能耗。提高检测效率，降低检测成本。

（2）机电液一体化。机械电子液压伺服系统相结合，具有广泛的灵活性，响应快、控制精度高。

（3）智能化、自动化。电子技术的飞速发展为力检测技术和力标准机实现自动化智能化提供技术支持。

（4）网络化。随着计算机网络技术的发展，自动控制从以往的集中式向多元化分布发展，以实现检测数据的资源共享和管理。 [科]

【参考文献】

[1]洪宝林.力学计量[M].原子能出版社，2002.

[2]徐长举.1MN静重式力标准机大型结构件力学性能的分析[D].吉林大学，2012.