方劍

【摘 要】力學(xué)計(jì)量管理與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置給力學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性提供了強(qiáng)力的保障。力學(xué)計(jì)量管理用科學(xué)技術(shù)和法制的手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)國(guó)家的力學(xué)計(jì)量工作目標(biāo)；力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置是國(guó)家計(jì)量檢測(cè)部門不可或缺的力值計(jì)量設(shè)備，對(duì)國(guó)家科學(xué)測(cè)量起著不可替代的作用。本文從力學(xué)計(jì)量管理入手，深入顯出地分析了力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置目前的現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展道路。

【關(guān)鍵詞】力學(xué)計(jì)量管理；力學(xué)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)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(gè)重要基礎(chǔ)，其實(shí)，計(jì)量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個(gè)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(guò)觀察、分析、研究、推理和實(shí)際驗(yàn)證才被揭示、承認(rèn)和確立，計(jì)量正是上述過(guò)程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。力學(xué)計(jì)量從新中國(guó)建立到現(xiàn)在，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)已建立了比較完善的力學(xué)計(jì)量體系。隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，力學(xué)計(jì)量在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)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(shuō)，力學(xué)計(jì)量水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家的科技、工業(yè)和社會(huì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。

1.力學(xué)計(jì)量管理

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

1.1計(jì)量管理在監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量中的作用

計(jì)量管理就是通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)、測(cè)量和試驗(yàn)設(shè)備的量值校準(zhǔn)、傳遞、調(diào)整，來(lái)確保量值的準(zhǔn)確。計(jì)量管理圍繞著產(chǎn)品質(zhì)量，首先，是要對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行依法溯源。要按照國(guó)家規(guī)定的量制、量值和技術(shù)規(guī)范來(lái)制定企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；并分解出產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)中允許的誤差范圍。這是計(jì)量管理對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量法制管理的主要內(nèi)容。其次，建立健全計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器，對(duì)外接受法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的量值傳遞、校準(zhǔn)、比對(duì)等；對(duì)內(nèi)開展對(duì)測(cè)量器具的檢定和不間斷地對(duì)企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行抽查。再就是，完善的測(cè)試手段、測(cè)試流程、檢測(cè)設(shè)備，使產(chǎn)品在生產(chǎn)中受到全過(guò)程、全工序、全工藝的檢測(cè)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2加強(qiáng)力學(xué)計(jì)量裝置管理

首先，建立科學(xué)有效的計(jì)量確認(rèn)體系，是加強(qiáng)力學(xué)計(jì)量裝置管理的保證。計(jì)量確認(rèn)體系包括計(jì)量檢測(cè)設(shè)備的管理、確認(rèn)和文件三個(gè)部分?！拔募鳖愃朴谟?jì)量管理制度，“確認(rèn)”包括對(duì)計(jì)量檢測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)、調(diào)試、修理等一組操作。計(jì)量確認(rèn)體系是把以上各項(xiàng)工作當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)工程去考慮。其次，樹立溯源意識(shí)?！八菰础迸c“量傳”有較大區(qū)別。溯源是指通過(guò)連續(xù)的比較鏈，使得測(cè)量結(jié)果能過(guò)與國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)。而量傳是指通過(guò)對(duì)計(jì)量器具的檢定或修理，將國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值通過(guò)各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作用計(jì)量器具，來(lái)保證被測(cè)對(duì)象量值的準(zhǔn)確性和一致性。由此可見，溯源意識(shí)是自下而上尋求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的意愿，而量傳是政府部門自上而下的意志。故加強(qiáng)力學(xué)計(jì)量器具的管理就是要加強(qiáng)建立科學(xué)有效的計(jì)量確認(rèn)體系和樹立溯源意識(shí)。

2.力值計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置現(xiàn)狀

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一個(gè)國(guó)家力值計(jì)量和力值傳遞領(lǐng)域的最高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。目前，力基標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)

靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是利用砝碼質(zhì)量所產(chǎn)生的重力來(lái)復(fù)現(xiàn)力值加載到被檢測(cè)力儀上，由于沒(méi)有過(guò)多的外界干擾因素，所以它的準(zhǔn)確度很高。靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)準(zhǔn)確度所以高，是因?yàn)槠鋸?fù)現(xiàn)力值來(lái)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(chǎng)中所復(fù)現(xiàn)的力值F表達(dá)式為：

F=mg（1-ρa(bǔ)/ρw）

式中：F—力值。

M—砝碼的質(zhì)量。

g—安裝地點(diǎn)的重力加速度。

ρa(bǔ)—空氣密度。

ρw—砝碼材料的密度。

鑒于靜重式基準(zhǔn)機(jī)高精度的特點(diǎn)，每個(gè)國(guó)家基本上都在使用靜重式測(cè)力機(jī)作為本國(guó)大力值計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，以提升本國(guó)力值測(cè)量的精確度。

2.2杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

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

F=kmg（1-ρa(bǔ)/ρw）

式中：k—杠桿放大比。

每次加載后，因?yàn)楸粰z傳感器的變形會(huì)導(dǎo)致杠桿連接加荷部分的一端下降，主機(jī)通過(guò)底部的變速拉平機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反力架向下移動(dòng)，使杠桿回復(fù)到水平狀態(tài)，同時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)被測(cè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2.3液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是以帕斯卡原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)的液壓系統(tǒng)中，作用于小面積的測(cè)力活塞上的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重力會(huì)在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個(gè)大的標(biāo)準(zhǔn)力值F，其F的表達(dá)式為：

F=（W+W0+G）S1/S2+HρgS1-W1-W2

式中：W—砝碼的重力。

W0—測(cè)力活塞及其掛吊的重力。

G—測(cè)力儀平衡重塊的重力。

S1—工作缸塞的有效面積。

S2—測(cè)力缸塞的有效面積。

H—測(cè)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(cè)力儀的重力。

由于液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的放大比遠(yuǎn)大杠桿式測(cè)力機(jī)，因而常用作大力值標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。但由于液壓介質(zhì)自身的特性和機(jī)械摩擦，液壓系統(tǒng)壓力傳遞會(huì)有滯后現(xiàn)象。因此在液壓式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)中快速響應(yīng)指標(biāo)和超調(diào)量指標(biāo)是相互矛盾的，目前我國(guó)正在研究和應(yīng)用自動(dòng)控制來(lái)解決這一矛盾，使系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和無(wú)超調(diào)的特性。

3.力學(xué)計(jì)量的發(fā)展

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

（1）高速化，低能耗。提高檢測(cè)效率，降低檢測(cè)成本。

（2）機(jī)電液一體化。機(jī)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(dòng)化。電子技術(shù)的飛速發(fā)展為力檢測(cè)技術(shù)和力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化提供技術(shù)支持。

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]洪寶林.力學(xué)計(jì)量[M].原子能出版社，2002.

[2]徐長(zhǎng)舉.1MN靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)大型結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能的分析[D].吉林大學(xué)，2012.