力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

朱詠梅　高東升

摘 要：在計(jì)量技術(shù)應(yīng)用過程中，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置作為一種重要的計(jì)量裝置，在實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展中取得了積極效果?；诹W(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重要性，以及力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的特殊性和專業(yè)性，正確分析力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對掌握力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)和做好力學(xué)技術(shù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用具有重要作用。只有認(rèn)識到這一點(diǎn)，才能加深對力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的理解，進(jìn)而正確分析其應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：力學(xué)計(jì)量技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)裝置；現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

前言

從目前計(jì)量技術(shù)發(fā)展來看，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置作為力學(xué)計(jì)量的重要裝置，無論是從技術(shù)含量還是從實(shí)際應(yīng)用上，都對力學(xué)計(jì)量有著重要影響?；诹W(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重要性，認(rèn)真分析力學(xué)計(jì)量的概念，并深入分析力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對做好力學(xué)計(jì)量工作和促進(jìn)力學(xué)計(jì)量工作發(fā)展具有重要作用。為此，我們應(yīng)立足力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)用實(shí)際，做好其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的研究，滿足力學(xué)計(jì)量的實(shí)際需要，推動力學(xué)計(jì)量工作快速發(fā)展。

1 力學(xué)計(jì)量的主要概念

作為力值的傳遞標(biāo)準(zhǔn)，在上世紀(jì)70年代以前，主要采用水銀箱式和百分表式測力儀，準(zhǔn)確度低。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一大批力基標(biāo)準(zhǔn)裝置相繼建立。目前，力基標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要結(jié)構(gòu)形式有靜重式、杠桿式、液壓式和疊加式。我國在20世紀(jì)70年代末建立起了1MN以下的力基標(biāo)準(zhǔn)裝置，隨后又建立起了5MN、20MN和30MN力基、標(biāo)準(zhǔn)裝置，并制定了相應(yīng)的檢定規(guī)程，完善了力值的量傳體系?；诹W(xué)計(jì)量的特殊性，在力學(xué)計(jì)量中，標(biāo)準(zhǔn)裝置成為了力學(xué)計(jì)量的重要工具，對滿足力學(xué)計(jì)量需要和提高力學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確性具有重要作用。為了滿足力學(xué)計(jì)量的實(shí)際需要，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置也得到了全面的發(fā)展，并根據(jù)具體應(yīng)用場所的不同，演變成各個(gè)具有專有屬性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置。因此，明確力學(xué)計(jì)量的概念，對做好力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究具有重要意義。基于這一認(rèn)識，加強(qiáng)力學(xué)計(jì)量概念的分析，對推動力學(xué)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。

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

從目前力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用來看，標(biāo)準(zhǔn)裝置是力學(xué)計(jì)量的重要工具，對提高力學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確性具有重要作用。結(jié)合力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展，其種類主要可以歸納為以下幾種。

2.1 靜重式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

靜重式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)或靜重式基、標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)，均以已知砝碼的重力直接作為基、標(biāo)準(zhǔn)力值，通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)和程序平穩(wěn)地施加到被檢定的測力儀上。

在力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置發(fā)展過中，靜重式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一種重要的標(biāo)準(zhǔn)裝置，其主要應(yīng)用了靜重式力基，提高了重力檢測效果，降低了重力檢測難度，對滿足重力檢測需要和做好重力檢測工作具有重要的促進(jìn)作用。

從目前力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展來看，在測量靜力過程中，為了提高靜力測量的整體效果，并提高靜力測量的準(zhǔn)確性，靜重力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)有了用武之地。結(jié)合靜力測量實(shí)際，靜重力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對靜力測量和靜力標(biāo)定具有重要作用。為此，明確靜重力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的作用和應(yīng)用過程，對提高靜力測量效果具有重要意義。同時(shí)，明確靜重力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)也有利于提高靜力標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)用效果的作用。對此，我們應(yīng)有正確認(rèn)識，并重視靜重力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的應(yīng)用，滿足靜力測量的實(shí)際需要。

2.2 杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)或杠桿式標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)，利用不等臂杠桿系統(tǒng)（單級或復(fù)式），將已知砝碼的重力放大而得到標(biāo)準(zhǔn)力值，平穩(wěn)地施加到被檢定的測力儀上。

所謂杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其主要方式是利用杠桿原理進(jìn)行力學(xué)數(shù)值檢測，通過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)杠桿，達(dá)到檢測力學(xué)數(shù)值的目的。從實(shí)際應(yīng)用來看，這種檢測方法操作簡單，在實(shí)際檢測中容易實(shí)現(xiàn)。但是受到杠桿原理的限制，其檢測精度較低。

相對于靜重力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在應(yīng)用場合和應(yīng)用范圍上比靜重力式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)要廣泛一些。同時(shí)，在具體操作中，杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器由于操作簡單并且適用環(huán)境較為廣泛，在實(shí)際力學(xué)測定中得到了重要應(yīng)用，成為了力學(xué)計(jì)量的重要裝置，對提高力學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確性和有效性起到了重要的促進(jìn)作用。雖然杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)也存在一定的缺點(diǎn)，例如容易受到杠桿原理限制和檢測精度低等缺點(diǎn)，但是該標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在實(shí)際力學(xué)計(jì)量中仍然得到了重要應(yīng)用，對力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展起到了重要的推動作用。

2.3 液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)或液壓式基、標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)，以帕斯卡原理為基礎(chǔ)，通過兩個(gè)面積不等的無機(jī)械摩擦的缸塞副，將已知砝碼的重力放大而得到基、標(biāo)準(zhǔn)力值，平穩(wěn)地施加到被檢定的測力儀上。

在檢測壓力過程中，上述兩種力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置往往不能滿足實(shí)際需求，為了實(shí)現(xiàn)壓力檢測的目的，液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)得到了重要應(yīng)用，并在實(shí)際壓力檢測中取得了積極效果。從其應(yīng)用范圍來看，液壓式力基、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)解決了壓力檢測問題。

從力學(xué)計(jì)量的實(shí)際開展過程來看，壓力的測量是力學(xué)計(jì)量的重要內(nèi)容。為了保證壓力測量在準(zhǔn)確性上滿足實(shí)際需要，采用靜重力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和杠桿式計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在這一現(xiàn)實(shí)需求下，液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)得到了應(yīng)用和發(fā)展，并逐漸成為測量壓力的主要力學(xué)計(jì)量方式。結(jié)合壓力計(jì)量現(xiàn)狀，液壓式力學(xué)計(jì)量裝置是計(jì)量壓力的重要工具，對提高壓力計(jì)量準(zhǔn)確性和滿足壓力計(jì)量需要具有重要作用。為此，只有對液壓式計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用引起足夠的重視，才能保證液壓式力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)得到有效應(yīng)用。

2.4 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

這種力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)與前述三種測力機(jī)不同，它不是采用絕對測量方法，而是采用相對比較測量方法，是用一個(gè)（組）標(biāo)準(zhǔn)較高的測力儀作為標(biāo)準(zhǔn)，通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)，與被檢定的測力儀串聯(lián)（疊置）后，以液壓方式或機(jī)械方式施加負(fù)荷，進(jìn)行比較測量，用以確定被檢測力儀的計(jì)量特性。其力值不確定度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)測力儀的性能指標(biāo)、被檢測力儀的串聯(lián)方式、安裝質(zhì)量以及加荷機(jī)構(gòu)的性能等。國內(nèi)已有最大力值為500kN和1MN的疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，其力值不確定度一般可達(dá)到3×10-4。從力學(xué)計(jì)量過程來看，疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)也得到了重要應(yīng)用，成為了力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重要一種。根據(jù)實(shí)際力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用狀況來看，疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在測量多種力疊加在一起的情況時(shí)作用突出。因此，在測量多種疊加力時(shí)，需要用到疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。

3 力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展趨勢

通過對力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置發(fā)展現(xiàn)狀的分析，現(xiàn)有的幾種力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在實(shí)際應(yīng)用中都取得了積極效果，對力學(xué)計(jì)量工作產(chǎn)生了積極的推動作用，滿足了力學(xué)計(jì)量的實(shí)際需要。隨著力學(xué)計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置也不斷升級，其發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置朝著自動化方向發(fā)展

隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，自動化技術(shù)在力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置上的應(yīng)用逐步取得了成效。目前，基于自動控制技術(shù)的力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在力學(xué)檢測中得到了重要應(yīng)用，并提高了檢測精度，對滿足力學(xué)計(jì)量需要和提高力學(xué)計(jì)量效果起到了重要的推動作用。為此，我們應(yīng)認(rèn)識到自動化技術(shù)對力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的促進(jìn)。

從目前力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置來看，在力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置中應(yīng)用自動化技術(shù)不但是標(biāo)準(zhǔn)裝置自身的需求，同時(shí)也是自動化技術(shù)發(fā)展到一定程度的具體表現(xiàn)。通過應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置不但在控制效果上有所提升，同時(shí)在計(jì)量結(jié)果上也比較準(zhǔn)確，對解決力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量準(zhǔn)確性問題具有重要作用。因此，我們應(yīng)認(rèn)識到自動化技術(shù)對力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的促進(jìn)，并在力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置開發(fā)和應(yīng)用中認(rèn)識到自動化技術(shù)的作用，最終做好自動化技術(shù)的應(yīng)用，提高力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用效果。

3.2 力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在動態(tài)力研究上逐步深入

在力學(xué)計(jì)量過程中，動態(tài)力研究歷來是重要的研究方向。隨著力學(xué)計(jì)量手段的增多，以及力學(xué)計(jì)量裝置功能的完善，在動態(tài)力研究上也獲得了更多的支持，最終使力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在動態(tài)力研究上逐步深入，滿足了力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展需要，提高了力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展質(zhì)量。

在具體的力學(xué)計(jì)量過程中，除了需要對靜態(tài)力進(jìn)行計(jì)量之外，還需要對動態(tài)力進(jìn)行計(jì)量。但是考慮到動態(tài)力的計(jì)量難度，以及現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)裝置在動態(tài)力計(jì)量方面的局限，探索出一種新的計(jì)量動態(tài)力的方式尤為必要?；谶@一現(xiàn)實(shí)需要，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置將會在未來的發(fā)展中在動態(tài)里研究上逐步深入，并最終探索出一種行之有效的計(jì)量動態(tài)力的方式，滿足動態(tài)力的計(jì)量需要，達(dá)到提高動態(tài)力計(jì)量效果的目的。因此，在未來發(fā)展中，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置將在動態(tài)力研究上逐步深入，并最終取得積極效果，實(shí)現(xiàn)對動態(tài)力的有效計(jì)量。

3.3 力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在極值力研究上更加深入

隨著力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置功能的增多，以及自動化技術(shù)的應(yīng)用，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置在測量精度和測量準(zhǔn)確性上面都有大幅提高。這種功能的增強(qiáng)給了極值力研究以有力的支持，使得極值力的研究得到了有效開展，并保證了極值力研究取得了積極效果。從目前的研究方向來看，大力值（10MN以上）和微小力值（1N以下）標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)的研制，是今后力值計(jì)量的一個(gè)重要發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

通過文章的分析可知，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置作為力學(xué)計(jì)量的重要裝置，無論是從技術(shù)含量還是從實(shí)際應(yīng)用上，都對力學(xué)計(jì)量有著重要影響?；诹W(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重要性，認(rèn)真分析力學(xué)計(jì)量的概念，并深入分析力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對做好力學(xué)計(jì)量工作和促進(jìn)力學(xué)計(jì)量工作發(fā)展具有重要作用。為此，我們應(yīng)立足力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)用實(shí)際，做好其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的研究，滿足力學(xué)計(jì)量的實(shí)際需要，推動力學(xué)計(jì)量工作快速發(fā)展。

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