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

曹志遠(yuǎn)

【摘?要】力學(xué)計(jì)量技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，力學(xué)計(jì)量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。新時(shí)期，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)與力學(xué)計(jì)量技術(shù)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了力學(xué)計(jì)量的高標(biāo)準(zhǔn)、高效率，有效地促進(jìn)了力學(xué)計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】力學(xué)計(jì)量技術(shù);標(biāo)準(zhǔn)裝置

引言

力學(xué)計(jì)量技術(shù)是測(cè)量領(lǐng)域發(fā)展中的一種重要測(cè)量技術(shù)，它主要用力學(xué)方法測(cè)量物體的具體參數(shù)，力學(xué)計(jì)量技術(shù)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用。隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)力學(xué)計(jì)量的技術(shù)要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此，有必要重視水下力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的平舉。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置種類繁多，而力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀是本文的主要內(nèi)容。

1力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

靜重標(biāo)準(zhǔn)機(jī)主要利用特定的數(shù)據(jù)權(quán)功率作為標(biāo)準(zhǔn)力值，然后通過(guò)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)或編程實(shí)現(xiàn)測(cè)力儀中的力值。這種裝置主要利用靜態(tài)重力基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性的目的，可以降低重力檢測(cè)的難度，保證重力檢測(cè)的順利進(jìn)行也是靜態(tài)稱重標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。靜重標(biāo)準(zhǔn)機(jī)主要通過(guò)直接加載來(lái)增加負(fù)載，故又稱為直接加載標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。該裝置的力值是不確定的，其不確定度取決于重量質(zhì)量的不確定度、裝置安裝現(xiàn)場(chǎng)的重力加速度和重量氣密性測(cè)量的不確定度。同時(shí)，其測(cè)量性能也與裝置的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性相一致，測(cè)力值的不確定度高達(dá)1×10-5。

1.2杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)又稱杠桿式標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)。它主要是通過(guò)單級(jí)或復(fù)合式不等臂杠桿系統(tǒng)來(lái)放大已知的重量重力，得到標(biāo)準(zhǔn)力值，并將其穩(wěn)定地應(yīng)用于驗(yàn)證過(guò)的測(cè)力儀中。杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的工作方式主要是利用杠桿原理檢測(cè)機(jī)械量，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)杠桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)械量檢測(cè)的目的。在該裝置的實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)際檢測(cè)也相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。但由于杠桿原理的限制，該裝置的檢測(cè)精度相對(duì)較低。與靜態(tài)重力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)相比，這種杠桿標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在許多領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。

1.3液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

液壓標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的工作原理是帕斯卡原理。通過(guò)兩個(gè)不等面積的非機(jī)械摩擦副，將已知重量的重力放大，得到標(biāo)準(zhǔn)力值，并穩(wěn)定地應(yīng)用于驗(yàn)證力測(cè)量?jī)x中。這種測(cè)量檢測(cè)的應(yīng)用價(jià)值非常靈活，可以根據(jù)需要設(shè)置規(guī)定值。常用值有2Mn和5MN，最大限值達(dá)到20mn。在杠桿式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和靜重式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)中，其應(yīng)用受到各自方法的限制，而液壓式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)更能滿足實(shí)際需要，通過(guò)壓力測(cè)量，其應(yīng)用范圍更為廣泛。在液壓標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的應(yīng)用中，壓力測(cè)量是力學(xué)計(jì)量的關(guān)鍵。通過(guò)壓力測(cè)量，有效地提高了力學(xué)計(jì)量的精度和可靠性，這是力學(xué)計(jì)量廣泛應(yīng)用的主要原因。

1.4彈簧式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

彈簧式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的原理主要是彈性敏感元件在壓力作用下的彈性變形，然后通過(guò)傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)有效地顯示測(cè)量壓力。裝置的彈性元件直接影響裝置的壓力范圍和不確定度。其彈性元件一般有膜片式、彈簧式和波紋管式。裝置的不確定度通常為1.3×10-1。

1.5傳感式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

傳感器式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一種新型的力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要通過(guò)力傳感器的標(biāo)定方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。常用的傳感器類型包括正弦力法。這種方法需要在振動(dòng)臺(tái)上借助相應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)設(shè)置被測(cè)傳感器，并在傳感器上安裝質(zhì)量塊。當(dāng)正弦運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，以牛頓第二定律為參考，按F=ma的公式計(jì)算，a代表加速度，只需調(diào)整振動(dòng)頻率，就可以求解不同頻率下的正弦力，雖然應(yīng)用正弦力法有顯著的測(cè)量效果，但是它也有明顯的局限性，如果測(cè)力值不在測(cè)量范圍內(nèi)，會(huì)有一定的誤差，因此該方法的應(yīng)用需要關(guān)注校準(zhǔn)的不確定度。

1.6疊加式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

疊加標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的測(cè)量方法主要采用相對(duì)比較的測(cè)量形式，與其他絕對(duì)測(cè)量方法有很大不同。應(yīng)選擇一組較高標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器作為標(biāo)準(zhǔn)，并找到合適的裝置，測(cè)力儀應(yīng)與檢驗(yàn)測(cè)力儀串聯(lián)或堆放。在施加荷載時(shí)，應(yīng)采用液壓和機(jī)械方法進(jìn)行，然后對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和測(cè)量。我國(guó)現(xiàn)有500kN和1MN堆垛標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，力值較大。該儀器測(cè)力值的不準(zhǔn)確性與儀器特定的串聯(lián)方式、堆疊方式、特定的性能指標(biāo)及安裝質(zhì)量密切相關(guān)。力值的誤差為3×10-4。由于該儀器的復(fù)雜性和不確定性，其使用也受到限制，需要加以簡(jiǎn)化和改進(jìn)。

2力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展趨勢(shì)

2.1自動(dòng)化

新時(shí)期，信息技術(shù)水平也在不斷提高，這也為力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展提供了良好的條件。力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置正逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展。經(jīng)過(guò)不斷的探索和研究，該裝置的自動(dòng)化有效地提高了檢測(cè)的可靠性，減少了裝置檢測(cè)的工作量，因此，自動(dòng)化有效地促進(jìn)了力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)代化發(fā)展，提高了裝置的精度和適應(yīng)性，同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)力的解放，這是未來(lái)研究的方向和內(nèi)容。

2.2動(dòng)態(tài)化

動(dòng)態(tài)研究是力學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的重要內(nèi)容。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)的標(biāo)準(zhǔn)裝置得到了改進(jìn)和優(yōu)化，動(dòng)態(tài)研究逐漸受到重視，力學(xué)計(jì)量的靜態(tài)測(cè)量具有很大的應(yīng)用局限性，不能適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的需要。在目前力學(xué)計(jì)量的發(fā)展中，其動(dòng)態(tài)測(cè)量的研究還不夠深入，在力學(xué)計(jì)量裝置中的應(yīng)用還不成熟，還需要繼續(xù)加強(qiáng)其動(dòng)態(tài)測(cè)量的研究，以提高其測(cè)量的實(shí)用性。

2.3傳感技術(shù)和激光技術(shù)的應(yīng)用

在力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的研制中，需要將其與傳感器技術(shù)和激光技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢(shì)的統(tǒng)一，從而更好地提高其性能。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、多普勒效應(yīng)、壓阻原理、電效應(yīng)等，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以產(chǎn)生新的傳感元件，有效提高力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度。將激光技術(shù)與正弦逼近技術(shù)相結(jié)合，可以更好地處理和改善采集到的信號(hào)，提高標(biāo)定的精度，減小標(biāo)定誤差。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置是力學(xué)計(jì)量中的重要設(shè)備。在新的時(shí)代環(huán)境下，力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置也在不斷的發(fā)展，并逐漸產(chǎn)生了許多滿足各種測(cè)量需要的裝置類型。為了促進(jìn)其更好的應(yīng)用，還必須把握儀器不斷改進(jìn)和完善的發(fā)展方向這也是力學(xué)計(jì)量發(fā)展中的關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁強(qiáng).力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來(lái)展望[J].計(jì)測(cè)技術(shù).2017（S1）

[2]寧華麗.力學(xué)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)狀分析與發(fā)展趨勢(shì)[J].化工管理.2017（32）

（作者單位：國(guó)網(wǎng)蒙東供電服務(wù)監(jiān)管與支持中心）