力值计量force measurement

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1、10质量2班1010132217程志刚力值计量【摘要】力学计量是计量学开展最早的领域之一。力学计量主要包括质量、力值、压力、振动、流量等计量测试。力学计量在国民经济中起着非常重要的作用。本文主要涉及了力学计量中的一个重要分支——力值计量。力值计量在建筑、材料、国防和工业生产中有重要作用，其任务是统一力值，保证各种标准测力仪器和测力设备准确可靠。【关键字】力学计量力值计量力值传递系统力值不确定度力值计量标准力值计量发展趋势力的本质使物体间的相互运动，力以改变物体的机械运动状态或其动量，力是使物体动量发生改变而获得加速度或者使物体发生变

2、形的作用。力是矢量，力有三要素：大小(力值)、方向及作用点。在SI中，力的计量单位是牛顿(N)，1N就是使1kg质量的物体产生lm／s2加速度的力。【7】  按照随时间变化的特性分类，有静态力和动态力。静态力的施加速度相当缓慢平稳，达到目标力值后便保持不变或变动极不显著。动态力可分为力随时间周期变化(重复力与交变力)、突然变化(冲击力)及随机变化(随机力)等。按照力值测量范围分类，在实际应用中，通常有微小力值(10N以下)、中小力值(10N~IMN)及大力值(1MN以上)。力的本质是物体之间的相互作用，这种作用在宏观上可以改变物体的

3、机械运动状态或所具有的动量，使物体产生加速度，这是力的动力效应或外部效应;也可以使物体产生变形，在物体中产生应力和应变，这是力的静力效应或内部效应。实际上，在物体受力的作用时，这两种效应常常是同时发生的。力值单位的复现、传递及力值测量的原理与方法，通常可归纳为利用力的动力效应和静力效应。要完全确定一个力，必须知道其大小、方向和作用点，这是力的三要素。力值就是力的大小，在工程计量中习惯上把由力值导出的扭矩、转矩、机械功率等，也归于力值计量的范畴。按照相互作用的发生方式来分类，宇宙中目前存在引力、电磁力、弱作用力、强作用力4种力，可能存

4、在并正在探索中的还有超电荷力。在这些力中，引力是物体间由于引力质量而具有的相互作用力，又称万有引力。电磁力是带电物体之间、磁铁或通电导线之间的相互作用力的统称，固体内部的应力、接触力、弹性力、摩擦力、粘滞力等，都是物体原子和分子间电磁作用力的宏观表现。弱作用力和强作用力发生于原子核内部的质子、中子及其他基本粒子之间，统称为核力。超电荷力使不同结构的物体可能产生稍为不同的下落加速度，又称为第五种力。按照函数的分类方法，力分为4种:①力等于常数，如一定地点和高度的重力;②力是时间的函数，如冲击力;③力是距离的函数，如引力;④力是速度的函

5、数，如粘滞力。【8】一、力值的计量方法（1）利用力的动力效应计量力值。力的动力效应是使物体产生加速度,根据牛顿第二定律,当物体的质量及其加速度被测定之后,力值也就被测定出来了。静重式标准测力机就是利用已知质量的砝码在已知重力场中所产生的重力来复现力值的;杠杆式和液压式标准测力机则是利用杠杆和液压系统,对此重力进行放大来复现较大的力值的。【7】（2）力的静力效应计量力值。力的静力效应是使物体产生变形或内应力,测定了物体变形或内部应力相对应的参量也就测定了力值,大部分测力计正是利用这一原理来工作的。如果物体是一个好的弹性体,则根据材料力

6、学的虎克定律,在弹性范围内物体的变形量与作用力成正比,在确定了变形量与力值的对应关系后,再通过测定物体的弹性变形量即可得到力值。计量变形量的方法很多,例如用百分表式标准测力仪、读数显微镜、测微显微盘等计量环体的变形,用电阻应变式测力传感器、差动变压器、电容器等计量弹性体的变形。【7】二、力值传递系统力值计量在我国分为五大类：（1）是国家力基准机,这是我国力值计量的最高基准,是统一我国力值计量的唯一依据；（2）是精度为±1×10-5～±2×10-5的高精度力传感器,一般作为标准用于检定二等标准测力机；（3）是各省市作为标准使用的二

7、等标准测力机;（4）是各种型号规格的三等标准测力机和标准力的传感器；（5）是各种型号规格的材料试验机、工作测力计和普通精度的负荷测力传感器。【7】作为力值的传递标准，在上世纪70年代以前，主要采用水银箱式和百分表式测力仪，准确度低。随着科学技术的快速发展，一大批力基标准装置相继建立。目前，力基标准装置的主要结构形式有静重式、杠杆式、液压式和叠加式。我国在20世纪70年代末建立起了1MN的力基标准装置，随后又建立起了5MN、20MN和30MN力基、标准装置，并制定了相应的检定规程，完善了力值的量传体系【1】【3】。三、力值不确定度在力

8、基（标/校）准机或材料试验机中，由于各种可能的物理因素、结构及安装等因素的影响，导致其产生的对力值不能肯定的程度。注：（1）静重式力标准机的力值不确定度的主要影响因素有砝码质量、重力加速度、砝码材料密度和空气密度等。（2）杠杆式力标准