试析重力加速度对力学计量器具准确度的影响

高红

摘 要：在不同的環境中，同一物体的重量可能会有很大的不同。一般来说，物体的重力加速度与其纬度成正比，与其高度成反比。本文就重力加速度对力学计量器具准确度的影响进行了探讨。

关键词：重力加速度;力学计量器具;准确度;影响

前言

随着我国经济的不断发展，为适应社会的快速发展和国际形势的变化，我国对于科研事业的投入越来越多，重视程度逐年增加，在此大背景之下，力学领域也得到长足的发展。为适应市场需求，力学计量仪器不断创新和发展，但是随之而来的是对检定工作的要求越来越高，在测量过程中，由于仪器的不确定因素以及检定人员的失误，都会对测量结果带来影响，为后续的检测工作带来不便，因此，笔者将针对力学计量仪器检定相关问题进行探讨。

1 力学计量的基本概念和应用意义

力学的应用分为3个过程。1）根据力学原理创建实验模型，设计实验步骤。2）通过实验设备进行实验，得到实验数据。3）对实验数据分析总结，得到想要的实验结果。其中最重要的就是实验数据获取的准确性，这很大程度上依赖于力学计量仪器，可以说力学计量仪器是整个力学实验过程的重要载体。力学的实验过程对于实验环境的要求极高，温度过高或过低，压缩和拉伸速度以及实验室的湿度都对实验结果有很大的影响，所以，力学和力学计量仪器有很大的关系。力学计量主要由质量计算振动计算等部分构成，计量标准因国家而异，由于计量方法的差异，导致计量结果也有所区别，而我国采用的则是自身的力学计量标准，与国际力学计量标准还有着明显的区别。

2 力学计量技术标准装置的发展现状

2.1 静重式标准机

静重式标准机主要是让具体的数据砝码动力当作标准力值，再通过相应的机构或已经编程完成的程序把力值实施于测力仪中，此类装置主要借助静重力基来实现测量准确性和稳定性的提升，能够对重力检测难度实现降低，并保证重力的检测工作能够顺利的进行，这也是静重式标准机具有的重要优势。静重式标准机主要通过直接进行负荷的增加，因此其也被称作直接加荷标准机，此装置力值具有不确定性，其不确定性取决砝码质量不确定、装置安装地点具有重力的加速度不确定以及砝码与空气密度测量的不确定度等，同时其计量的性能还和装置结构、砝码稳定性以及负荷加卸载的方式等有关，其力值的不确定度达到了1×10-5。

2.2 杠杆式标准机

杠杆式标准机又被称作杠杆式标准测力机，主要是通过单级或者复式的不等式臂杠杆系统，把已经知道的砝码重力进行放大而获取标准的力值，将其平稳的施加于被检定测力仪中。杠杆式标准机工作方式主要是借助杠杆原理来对力学数值进行检测，设置标准的杠杆，来实现力学数值检测的目的。在此装置的实际应用中，其检测操作的方法比较简单，实际检测也比较容易实现，但由于受到了杠杆原理限制，此装置检测的精度是比较低的。

2.3 液压式标准机

液压式标准机的原理是帕斯卡原理，通过两个不等面积无机械性摩擦副塞缸，把已经知道的砝码重力放大获取标准的力值，将其平稳的施加于检定测力仪中，这种计量检测的应用值是十分灵活的，能够按照需要进行规定值设定，常用的包括2MN和5MN，且其最大的限度达到了20MN。在杠杆式标准机和静重式标准机中，其应用都是受到其方法一定限制，而液压式标准机能够更好地满足实际的需要，通过压力来进行测定，其应用范围也更为广泛。在液压式标准机应用中，压力测量是力学测量中的关键，通过压力测量也有效的提高了力学计量的准确性和可靠性，这也是其得到广泛应用的主要原因。

2.4 弹簧式标准机

弹簧式标准机的原理主要是弹性敏感的元件在压力的作用下而发生的弹性形变的大小，再通过传动放大的机构来对测量的压力大小进行有效的显示。此装置弹性元件直接影响装置测定的压力范围以及不确定性的大小，其弹性元件一般包括膜片式、弹簧式以及波纹管式等类型，其装置的不确定性通常是1.3×10-1。

2.5 传感式标准机

传感式标准机是一种新型的力学计量标准装置，其主要是借助力传感器的校准方法来实现计量的，比较常见的传感式包括正弦力法，在此方法下，需要借助相应的振动台，把被测的传感器设置在振动台内，且要将传感器内进行质量块的装设。在发生正弦的运动时，根据牛顿的第二定律作为参照，按照F=ma的公式进行计算，a代表加速度，只需要进行振动频率的调整，就可以把不同频率下的正弦力进行求解，尽管正弦力法的应用具有显著的测量效果，但其也具有明显的局限性，如果力值的大小不在测量的范围内，则就会出现一定的误差，因此在此方法的应用中需要重点进行校准的不确定度考虑。

3 对重力加速度对于力学计量器具准确度的影响以及处理方法分析

3.1 重力加速度对力学计量器具准确度的影响分析

（1）重力加速度对机械测量仪器精度的影响主要体现在重力加速度的变化上。如果局部重力加速度的变化是在机械测量仪器的生产和检定过程中，当地的重力加速度变化量不足5×10-4，重力加速度对机械测量仪器的影响可以忽略不计。（2）机械测量仪器在生产和检定过程中，重力加速度的变化是否超过重力加速度的变化超过5×10-4，此时重力加速度引起的测量误差大于测量仪器的允许误差。在这种情况下，其他区域的测量仪器在收到后必须重新校准。

3.2 处理方法分析

（1）通过重力补偿软件的应用，消除了重力加速度对测量仪器的影响。在这一阶段，许多制造商在生产机械测量仪器的过程中，都考虑了重力加速度对机械测量仪器精度的影响，因此一些测量仪器本身就有重力补偿软件。制造商调整电器使用区域，使电器使用更加方便。（2）通过设置二进制开关进行调整。测量仪器设置一套二元开关，开关状态根据仪器的实际情况和使用区域而变化，从而修正重力加速度引起的误差。（3）通过自动校准消除了误差。仪器正式使用前，先防止标准装置在设备上使用，然后通过相应的操作系统获取标准装置的名义值。

结束语

在今后的发展过程中，必须重视重力加速度对机械测量仪器的影响，采取合理措施消除重力加速度引起的误差，保证机械测量仪器的精度。

参考文献

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[2]黄惠鹏.重力加速度对电子衡器准确度的影响[J].计量技术，2002，36（9）：5253.