試析重力加速度對力學計量器具準確度的影響

高紅

摘 要：在不同的環境中，同一物體的重量可能會有很大的不同。一般來說，物體的重力加速度與其緯度成正比，與其高度成反比。本文就重力加速度對力學計量器具準確度的影響進行了探討。

關鍵詞：重力加速度;力學計量器具;準確度;影響

前言

隨著我國經濟的不斷發展，為適應社會的快速發展和國際形勢的變化，我國對于科研事業的投入越來越多，重視程度逐年增加，在此大背景之下，力學領域也得到長足的發展。為適應市場需求，力學計量儀器不斷創新和發展，但是隨之而來的是對檢定工作的要求越來越高，在測量過程中，由于儀器的不確定因素以及檢定人員的失誤，都會對測量結果帶來影響，為后續的檢測工作帶來不便，因此，筆者將針對力學計量儀器檢定相關問題進行探討。

1 力學計量的基本概念和應用意義

力學的應用分為3個過程。1）根據力學原理創建實驗模型，設計實驗步驟。2）通過實驗設備進行實驗，得到實驗數據。3）對實驗數據分析總結，得到想要的實驗結果。其中最重要的就是實驗數據獲取的準確性，這很大程度上依賴于力學計量儀器，可以說力學計量儀器是整個力學實驗過程的重要載體。力學的實驗過程對于實驗環境的要求極高，溫度過高或過低，壓縮和拉伸速度以及實驗室的濕度都對實驗結果有很大的影響，所以，力學和力學計量儀器有很大的關系。力學計量主要由質量計算振動計算等部分構成，計量標準因國家而異，由于計量方法的差異，導致計量結果也有所區別，而我國采用的則是自身的力學計量標準，與國際力學計量標準還有著明顯的區別。

2 力學計量技術標準裝置的發展現狀

2.1 靜重式標準機

靜重式標準機主要是讓具體的數據砝碼動力當作標準力值，再通過相應的機構或已經編程完成的程序把力值實施于測力儀中，此類裝置主要借助靜重力基來實現測量準確性和穩定性的提升，能夠對重力檢測難度實現降低，并保證重力的檢測工作能夠順利的進行，這也是靜重式標準機具有的重要優勢。靜重式標準機主要通過直接進行負荷的增加，因此其也被稱作直接加荷標準機，此裝置力值具有不確定性，其不確定性取決砝碼質量不確定、裝置安裝地點具有重力的加速度不確定以及砝碼與空氣密度測量的不確定度等，同時其計量的性能還和裝置結構、砝碼穩定性以及負荷加卸載的方式等有關，其力值的不確定度達到了1×10-5。

2.2 杠桿式標準機

杠桿式標準機又被稱作杠桿式標準測力機，主要是通過單級或者復式的不等式臂杠桿系統，把已經知道的砝碼重力進行放大而獲取標準的力值，將其平穩的施加于被檢定測力儀中。杠桿式標準機工作方式主要是借助杠桿原理來對力學數值進行檢測，設置標準的杠桿，來實現力學數值檢測的目的。在此裝置的實際應用中，其檢測操作的方法比較簡單，實際檢測也比較容易實現，但由于受到了杠桿原理限制，此裝置檢測的精度是比較低的。

2.3 液壓式標準機

液壓式標準機的原理是帕斯卡原理，通過兩個不等面積無機械性摩擦副塞缸，把已經知道的砝碼重力放大獲取標準的力值，將其平穩的施加于檢定測力儀中，這種計量檢測的應用值是十分靈活的，能夠按照需要進行規定值設定，常用的包括2MN和5MN，且其最大的限度達到了20MN。在杠桿式標準機和靜重式標準機中，其應用都是受到其方法一定限制，而液壓式標準機能夠更好地滿足實際的需要，通過壓力來進行測定，其應用范圍也更為廣泛。在液壓式標準機應用中，壓力測量是力學測量中的關鍵，通過壓力測量也有效的提高了力學計量的準確性和可靠性，這也是其得到廣泛應用的主要原因。

2.4 彈簧式標準機

彈簧式標準機的原理主要是彈性敏感的元件在壓力的作用下而發生的彈性形變的大小，再通過傳動放大的機構來對測量的壓力大小進行有效的顯示。此裝置彈性元件直接影響裝置測定的壓力范圍以及不確定性的大小，其彈性元件一般包括膜片式、彈簧式以及波紋管式等類型，其裝置的不確定性通常是1.3×10-1。

2.5 傳感式標準機

傳感式標準機是一種新型的力學計量標準裝置，其主要是借助力傳感器的校準方法來實現計量的，比較常見的傳感式包括正弦力法，在此方法下，需要借助相應的振動臺，把被測的傳感器設置在振動臺內，且要將傳感器內進行質量塊的裝設。在發生正弦的運動時，根據牛頓的第二定律作為參照，按照F=ma的公式進行計算，a代表加速度，只需要進行振動頻率的調整，就可以把不同頻率下的正弦力進行求解，盡管正弦力法的應用具有顯著的測量效果，但其也具有明顯的局限性，如果力值的大小不在測量的范圍內，則就會出現一定的誤差，因此在此方法的應用中需要重點進行校準的不確定度考慮。

3 對重力加速度對于力學計量器具準確度的影響以及處理方法分析

3.1 重力加速度對力學計量器具準確度的影響分析

（1）重力加速度對機械測量儀器精度的影響主要體現在重力加速度的變化上。如果局部重力加速度的變化是在機械測量儀器的生產和檢定過程中，當地的重力加速度變化量不足5×10-4，重力加速度對機械測量儀器的影響可以忽略不計。（2）機械測量儀器在生產和檢定過程中，重力加速度的變化是否超過重力加速度的變化超過5×10-4，此時重力加速度引起的測量誤差大于測量儀器的允許誤差。在這種情況下，其他區域的測量儀器在收到后必須重新校準。

3.2 處理方法分析

（1）通過重力補償軟件的應用，消除了重力加速度對測量儀器的影響。在這一階段，許多制造商在生產機械測量儀器的過程中，都考慮了重力加速度對機械測量儀器精度的影響，因此一些測量儀器本身就有重力補償軟件。制造商調整電器使用區域，使電器使用更加方便。（2）通過設置二進制開關進行調整。測量儀器設置一套二元開關，開關狀態根據儀器的實際情況和使用區域而變化，從而修正重力加速度引起的誤差。（3）通過自動校準消除了誤差。儀器正式使用前，先防止標準裝置在設備上使用，然后通過相應的操作系統獲取標準裝置的名義值。

結束語

在今后的發展過程中，必須重視重力加速度對機械測量儀器的影響，采取合理措施消除重力加速度引起的誤差，保證機械測量儀器的精度。

參考文獻

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