力學(xué)計量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的發(fā)展探索

董建偉

山東省濟(jì)寧市嘉祥縣檢驗(yàn)檢測中心 山東 濟(jì)寧 272400

引言

在力學(xué)計量學(xué)發(fā)展初期，一般采用力學(xué)測量方法來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的量化，其主要內(nèi)容包括：壓強(qiáng)、振、流等。力學(xué)測量在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，牛頓力學(xué)原理是以質(zhì)量為基礎(chǔ)進(jìn)行力學(xué)計量的原理。在科技進(jìn)步的今天，由于信息化、數(shù)字化、影像等先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，力學(xué)計量技術(shù)有了長足的進(jìn)步，并逐漸建立起一套完備的力學(xué)計量系統(tǒng)，使力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置更加可靠、穩(wěn)定。

1 力值計量概述

在計量學(xué)中，用力學(xué)測量方法對一個對象進(jìn)行量化的描述。在力學(xué)測量過程中，測量的主要指標(biāo)包括：震動、壓力、流量、質(zhì)量等。力值的傳輸依據(jù)是力學(xué)計量，20世紀(jì)之前的力量測定主要使用百分?jǐn)?shù)表法和汞盒法，其精度比較差。近幾年，科技進(jìn)步，各種新技術(shù)得到了廣泛的運(yùn)用，其中包括光電技術(shù)、自動化技術(shù)和智能化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)、微處理技術(shù)等。在力學(xué)測量方面，大量具有寬量程寬和高精度的力學(xué)測量儀器已在國內(nèi)陸續(xù)建成[1]。目前，國內(nèi)力學(xué)測量設(shè)備的主流是杠桿式、靜重式、液壓式和堆疊式。20世紀(jì)80年代初期，國內(nèi)所制定的力學(xué)測量標(biāo)準(zhǔn)都是1MN以內(nèi)的力學(xué)測量標(biāo)準(zhǔn)，由于力學(xué)測量技術(shù)的進(jìn)步，力學(xué)測量的技術(shù)也有了很大的發(fā)展，國內(nèi)已先后設(shè)立了5MN，20MN和30MN的力學(xué)測量標(biāo)準(zhǔn)裝置，同時也制訂、出臺了相應(yīng)的檢測規(guī)范，形成了一個完整的力學(xué)測量系統(tǒng)，使得測量儀器設(shè)備的精度和適用性都大大提高。

2 力學(xué)計量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)用情況

不難看出，在力學(xué)測量的時候，標(biāo)準(zhǔn)器是一個很關(guān)鍵的儀器，要想讓它變得更精確，就需要對它進(jìn)行更深層次的分析，同時也要研究它在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用。

2.1 靜重式力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

這個儀器是根據(jù)重量的大小，進(jìn)行了一系列的高效的計算，再加上一個比較規(guī)范的儀器，讓它可以更好地安裝到測力器的位置。該儀器采用了靜平衡力基，使得重力測試能夠達(dá)到更高的精度，并且簡化了測試過程，從而達(dá)到了相應(yīng)的測試目的。從現(xiàn)有儀器的發(fā)展來看，不難看出，在進(jìn)行靜態(tài)測試的過程中，要想提高整個測試的效果，同時還要保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，就必須要考慮到靜態(tài)測試的問題。與實(shí)測結(jié)果相比，兩者的一致性比較高，所以很容易看出，使用該儀器進(jìn)行力學(xué)測量的關(guān)鍵。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，判斷出它的價值，對于以后的應(yīng)用有很大的作用，應(yīng)充分認(rèn)識這一問題，同時要注意運(yùn)用靜態(tài)力基儀，以便使其符合有關(guān)規(guī)范。

2.2 杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

這個儀器的作用就是擴(kuò)大重量的東西，讓它可以更穩(wěn)定的放置到儀器上。而在使用這些標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器的過程中，使用的主要是杠桿。設(shè)定一組相對較規(guī)范的杠桿，之后，就可以進(jìn)行特定的力學(xué)參數(shù)測試。從實(shí)際應(yīng)用中不難看出，這種操作方式不僅簡單，在實(shí)際測試中也能很好地達(dá)到目的。但是，現(xiàn)在卻被它的屬性所束縛。所以，在實(shí)際測量時，很難徹底地改善精度。和前一臺機(jī)器相比，無論是適用面積還是適用的領(lǐng)域都要大得多，而且在實(shí)際操作中也很容易。

2.3 液壓式力基標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

該設(shè)備的作用是把一個已經(jīng)知道的重量進(jìn)行了擴(kuò)大，然后平滑地放置到一個需要進(jìn)行測試的儀器上。在測試的時候，一些力學(xué)設(shè)備很難滿足實(shí)際的要求，所以必須要采用一臺水力基準(zhǔn)力學(xué)測量來進(jìn)行壓力測試，這樣才能起到很好的作用。在實(shí)際使用時，該設(shè)備能夠準(zhǔn)確地探測到與壓強(qiáng)有關(guān)的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行力學(xué)計量時，不難看出，在力學(xué)計量中，采用壓強(qiáng)的方法，同樣可以產(chǎn)生很大的影響。在進(jìn)行測量時，為了保證壓強(qiáng)的精度，使之符合實(shí)際的要求。當(dāng)使用該設(shè)備的過程中，需要有專門的工作人員進(jìn)行嚴(yán)格的對比和調(diào)試，以便在測試中起到更大的作用。

2.4 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

這樣的機(jī)器，在某些方面有很大的特點(diǎn)。這個標(biāo)準(zhǔn)和所采用的并不是一個相對嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮饬糠绞?，而是采用了一種相對的方式來進(jìn)行測試。用一種比較普通的設(shè)備作為基本的基準(zhǔn)，和相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系?？梢杂盟Γ部梢杂闷渌姆椒?，在設(shè)備上施加壓力，進(jìn)行對比和測試。用這種方法可以全面地理解測量儀器的測量特性。被測試的作用力、裝置的品質(zhì)、力學(xué)的特性等，通常都是有其標(biāo)準(zhǔn)的。在力學(xué)測量的時候，是無法察覺到的，因?yàn)樵谑褂玫臅r候，要盡可能的突出它的作用，而在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)裝修中，這是必不可少的。在進(jìn)行測試的過程中，它起到了很大的重要的作用。

2.5 彈簧式

彈簧式力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置是一種基于彈簧受力形變而衍生出來的力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)方法。彈簧受力形變后，通過觀察形變產(chǎn)生的影響來測量力值的大小，是一種普遍的壓力值測量方法。這種力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量壓力值的范圍是很靈活的，可以根據(jù)彈簧的不同性能來改變其能夠測量的最大壓力值。因?yàn)閺椈墒搅W(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置有著這樣的優(yōu)勢，在實(shí)際應(yīng)用一直備受好評，應(yīng)用范圍較廣。

2.6 傳感式與力傳感器校準(zhǔn)方法

這一種類型的力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，利用一些感應(yīng)元件和附件對物體的力值進(jìn)行測量。采用這一種測量標(biāo)準(zhǔn)時，可以通過測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)適時觀察物體的實(shí)際情況，便于測量人員確定測量結(jié)果。在力學(xué)計量實(shí)踐應(yīng)用中，傳感式力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置有著較高的精確性，能更準(zhǔn)確等測量被測物體的一些情況，應(yīng)用范圍較廣。壓阻式壓力傳感器是典型的傳感式力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，主要用來測量質(zhì)量。

在此項工作中，除了對現(xiàn)有力學(xué)測量技術(shù)規(guī)范設(shè)備的基本原則及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析之外，還對現(xiàn)有的力傳感器進(jìn)行了校正，例如：正弦力法。采用這種方式，需要在振動臺的幫助下，將測量元件置于震動臺中，并在其內(nèi)部裝有一個質(zhì)點(diǎn)。在正弦波的作用下，根據(jù)牛頓第二定理，可以得出 F=ma的方程式，a代表了加速度的測定，只需要調(diào)節(jié)振蕩的頻率，就可以求解出不同的下弦波。盡管采用正弦強(qiáng)度法對其進(jìn)行了測試，但其存在著很大的局限性，如果在測距不足的情況下，力值的大小會產(chǎn)生較大的偏差，因此，在采用這種方法時，必須注意怎樣改善標(biāo)定的不確定度。

3 電力計量發(fā)展及應(yīng)用

現(xiàn)在，電力技術(shù)已經(jīng)在世界各地掀起了一股熱潮，包括電能行業(yè)，在這場風(fēng)暴中，電能測量技術(shù)也在不斷地發(fā)展和革新，于是，電能測量的自動化技術(shù)就誕生了。通過對電能質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，對電能質(zhì)量的影響，實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的控制，實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的控制。同時，可大幅度降低電力消耗，保證電力供應(yīng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對于提高電力生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

通過對電能測量技術(shù)的應(yīng)用，使產(chǎn)品和裝備實(shí)現(xiàn)了更加的信息化，實(shí)現(xiàn)了自動化和智能化。當(dāng)前，國內(nèi)和國際上的供電公司都在廣泛應(yīng)用著國內(nèi)的國產(chǎn)電能表測量儀器，其中主要有：以微機(jī)為中心的國產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)管理；電力系統(tǒng)電力計算機(jī)，全數(shù)字計算機(jī)監(jiān)控，電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)的影像監(jiān)控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，供電系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)，數(shù)字化管理系統(tǒng)設(shè)備，數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)備。

目前，我國的電力測量技術(shù)已被廣泛地運(yùn)用于各行各業(yè)，對于某些大型公用設(shè)施，采用電力測量儀器進(jìn)行內(nèi)部的管理[2]。使用者能夠依據(jù)電表自身的電量測量和降低能源消耗的功容量而不能處理的問題，其革新的范圍十分廣闊。①加大工作宣傳力度，使得資料收集在電臺、變電站等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。②大量淘汰了使用者所用的高能耗的電子設(shè)備，采用科學(xué)、先進(jìn)的設(shè)備，指導(dǎo)使用者減少能源的損耗。③電力公司依據(jù)電力消費(fèi)周期的變化，適時、高效地調(diào)節(jié)電量，確保電力客戶的需要能夠得到合理的保障。

4 力學(xué)計量標(biāo)準(zhǔn)裝置發(fā)展

在對力學(xué)設(shè)備的研究與評判中，不難看出，力學(xué)設(shè)備發(fā)展的趨向也十分顯著?，F(xiàn)在，所采用的各類設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)用中，所獲得的結(jié)果也是天壤之別。力學(xué)測量技術(shù)規(guī)范與微處理法；在各種技術(shù)的作用下，隨著新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，新的技術(shù)將會促進(jìn)該設(shè)備的不斷改進(jìn)和發(fā)展。從發(fā)展的角度來分析，其發(fā)展趨勢有：第一，由靜止轉(zhuǎn)向動態(tài)化。此過渡在設(shè)備的使用中，已不僅僅限于計算和測量，而是可以通過采集信號的動力資料，通過與數(shù)據(jù)的聯(lián)系來決定追蹤的信號的改變。第二，是一個很好的趨勢。力學(xué)測量數(shù)據(jù)的自動采集、自動操作等都會在儀器上顯示，大量的力學(xué)測量數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)將會應(yīng)用于力學(xué)設(shè)備，從而克服了以前手工操作成本高和出現(xiàn)誤差的可能性大等問題。第三個方面是激光技術(shù)和傳感技術(shù)。若將激光技術(shù)應(yīng)用于力學(xué)測量設(shè)備，則只需要采用正弦近似法即可提高標(biāo)定比的準(zhǔn)確性。而在感測技術(shù)上，則是將會有更多的應(yīng)用于應(yīng)用的感測軟件。

然而，不難看出，這種儀器在國內(nèi)的發(fā)展和科研工作中的實(shí)際需要，對我們的科學(xué)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了很大的促進(jìn)和促進(jìn)。在我國的科學(xué)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步和進(jìn)步之后，力學(xué)設(shè)備也得到了極大的發(fā)展，其中有一些趨勢是顯而易見的。

4.1 自動化動態(tài)化發(fā)展

在我國實(shí)現(xiàn)了重大的自動化技術(shù)的飛躍后，采用了力學(xué)測量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，并在實(shí)踐中取得了很好的效果。力學(xué)測量基準(zhǔn)設(shè)備是以自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的力學(xué)測量設(shè)備，其在力學(xué)測量中得到了廣泛的應(yīng)用，它提高了力學(xué)測量精度，并在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用。采用自動控制技術(shù)，能極大地提高力學(xué)設(shè)備的性能。從現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用來看，力學(xué)設(shè)備與自動化技術(shù)的結(jié)合，不僅可以滿足設(shè)備在使用中的某些需要，而且還可以讓力學(xué)設(shè)備的性能得到進(jìn)一步的改善，從而達(dá)到更好的效果。促進(jìn)有關(guān)工作對其進(jìn)行評價，以求出更為高效的參數(shù)值，有利于國內(nèi)有關(guān)的研究工作取得進(jìn)一步的進(jìn)展。同時，計算的精度也將大大提高，對于解決有關(guān)的測量精度問題具有重要的作用。

動態(tài)研究是力學(xué)計量發(fā)展中的重要內(nèi)容，力學(xué)計量技術(shù)不斷發(fā)展，力學(xué)計量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置也不斷改進(jìn)和優(yōu)化，而動態(tài)研究也逐漸得到了重視，且力學(xué)計量靜態(tài)測量存在很大的應(yīng)用局限性，滿足不了新時代發(fā)展的需要。在現(xiàn)階段的力學(xué)計量發(fā)展中，其動態(tài)研究還不夠深入，并沒有成熟的應(yīng)用在力學(xué)計量裝置內(nèi)，還需要繼續(xù)加強(qiáng)對其動態(tài)測量研究，來提升其測量的實(shí)用性。

4.2 動態(tài)力方面的考察逐步深入

在實(shí)現(xiàn)測量力學(xué)目標(biāo)的同時，對動力場的研究也得到了廣泛的重視。在國內(nèi)，有關(guān)設(shè)備的類型越來越多，有關(guān)的性能也越來越好，對動態(tài)力的研究也越來越多，在某些情況下，可以更好地滿足需要，同時也可以保證力學(xué)性能的達(dá)標(biāo)，從而在實(shí)際使用中，可以更好地提高企業(yè)的發(fā)展品質(zhì)。在進(jìn)行力學(xué)測量的過程中，既要測量動靜作用力，又要測量動靜作用力，但由于測量困難，限制也很大，因此，需要采用更為高效的方法，才能達(dá)到同樣的要求[3]。在實(shí)踐中，要尋找一種更為高效的方法，對其進(jìn)行動態(tài)力的檢測，并能達(dá)到準(zhǔn)確的要求。

5 力學(xué)計量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)裝置應(yīng)用亟待解決的問題

力學(xué)測量技術(shù)規(guī)范設(shè)備在今后的發(fā)展過程中需要克服的問題是動力研究和極值力研究。例如，在動力方面，要意識到目前的動力測量很困難，因此在今后的科研工作中應(yīng)該重視新的測量動力的方法，使其能夠真正地達(dá)到動力的測量需要。此外，為了進(jìn)一步改進(jìn)力學(xué)測量儀的各項性能，使其在測量的準(zhǔn)確性得到了進(jìn)一步的提升，因此，必須利用這種優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行極限力的分析，比如IN的最小和10MN的最大力值，都是今后力學(xué)計量技術(shù)中的重要課題。

6 結(jié)束語

總之，力學(xué)測量技術(shù)規(guī)范設(shè)備在實(shí)踐中的作用是巨大的。無論是在科研上，還是在實(shí)踐中，都有很大的幫助。關(guān)于力學(xué)性能的基本原理，如標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的運(yùn)用等。對于全面掌握有關(guān)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和今后發(fā)展的可能性，具有十分重大的意義。因此，有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)在這方面進(jìn)行一些探討，以期達(dá)到對力學(xué)測量的要求，促進(jìn)力學(xué)測量工作的迅速發(fā)展。