第九章 力值计量
力值计量
第二节 力基准机和力标准机
力基准机和力标准机(也可称为标准测力机)均为固定 式测力设备，它们都是产生力值的装置。力基准机和力 标准机一般有静重式、杠杆式、液压式和I叠加式4种。
14
第二节 力基准机和力标准机
静重式 静重式力基、标准测力机都是以已知砝码的重力
直接作为基、标准力值，通过适当机构和程序平稳地 施加到被检定测力仪上。静重式就是直接加荷式，所 以有时也称为直接加荷式基、标准测力机，它不通过 任何放大机构得到力值，因此，它的基、标准力值就 是砝码所受到的实际重力。
大得到标准力值，平稳地施加到被检定测力仪上，其所复 现的力值F(N)可表达为
F=Kmg(1-ρk/ρf)
式中K是杠杆放大比，即杠杆的长臂与短臂之比．我 国目前这种标准测力机杠杆比有10：1和20：1两种。最 大力值为IMN、300kN和60kN等
18
第二节 力基准机和力标准机
液压式
19
第二节 力基准机和力标准机
15
第二节 力基准机和力标准机
这种机器的不确定度主要取决于砝码质量的不确定度、 安装地点重力加速度不确定度、砝码和空气密度测量不确 定度。
我国所建的力标准机有1MN系列基准机和5MN、 20MN大力值基准机。
16
第二节 力基准机和力标准机
17
第二节 力基准机和力标准机
杠杆式 杠杆式力标准机是利用不等臂杠杆将已知砝码重力放
20
第二节 力基准机和力标准机
令初负荷
，S1/S2=K 为液压放大
比，调整平衡重块并使G=W2/K，则式可表达为
F=KW+F0
上式表明，作用在被检测力仪上的力决定于液压 放大比K及所加砝码重量W。
21
力学计量简介
力学计量简介力学计量简介力学计量主要包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、真空、震动、冲击、转速、恒加速度、流量、流速、容量等计量测试。
力学计量的理论基础是牛顿力学。
质量是一个基本的物理量，单位是kg。
质量是物体所具有的一种属性，它表征物体的惯性和它在引力场中相互作用的能力，质量是标量。
质量计量的准确性不仅取决于砝码，还取决于天平。
力是物体之间的相互作用。
力的计量单位是N。
测力的方法可以分为两类，即通过对质量和加速度的测量来求得力值；另一种方法是物体在受力后产生的变形量或与内部应力相应的参数的测量而求得力值。
扭矩是力与力臂的乘积，计量单位N·m。
如果准确地测出力的大小及该力到力的作用点的力臂长度，便可准确地测得力矩值。
硬度是指物体软硬的程度。
硬度本身不是一个确定的物理量，而是一个于物体的弹性形变、塑性形变和破坏有关的量。
硬度计量的方法很多，一般分为静载压入法和动载压入法。
静载压入法有布氏法、洛氏法、表面洛氏法、维氏法和显微硬度法等。
动载压入法有肖氏法等。
压力是指垂直作用于单位面积上的力，单位是Pa。
压力计量可分为静态和动态压力计量。
按压力计量范围大体有微压、低压、中压、高压和超高压等。
测量的具体压力又分为绝对压力、大气压力和表压力等。
真空是在给定的空间内，低于标准大气压的气体状态，使用真空度来描述，单位是Pa。
真空计量标准可以分为绝对标准和相对标准。
绝对标准是真空计量的基础，实际应用是真空标准多为性能稳定的相对标准。
振动是用位移、速度、加速度和频率等物理量来描述。
校准方法一般有绝对法和比较法。
对于加速度计常要校准其灵敏度和灵敏度随频率的变化。
校准装置采用高、中、低频振动标准校准装置等。
冲击是激起系统瞬间扰动的力、位置、速度和加速度的突然变化，该变化的时间要小于系统的基本周期。
冲击加速度的单位是m/s^2。
冲击的校准方法一般分为三种，绝对法、间接法和比较法。
转速或角速度是单位时间的角位移。
标准转速装置是校准和检定转速表的主要装置，由复现转速的装置和转速测量装置组成。
我国力值计量与质量计量的发展综述
目前 ， 国际 上 最 大 的杠 杆 式 力 标 准 机 ，单 杠 杆机 为 １ Ｎ，力 值不 确 定度 为 ００ ％ 一００ ％；复 Ｍ ．１ ． ２ 合双 杠 杆 机 为 ２ ＭＮ， 力 值 不 确 定 度 为 ００ ％ ～ ． ２
００ ％ 。 ．３
（）液 压式 力标 准机 （ 称 Ｈ ３ 简 Ｍ）
， ｃ
十 Ｈ／ Ｌ １ Ｉ
情
捕 围
计量标准。 （）叠 加式 力标 准机 （ ４ 简称 Ｂ Ｍ） 近年来 ，由于传感器技术 的快速发展 ，可测 量 １ Ｎ以上的大力值 高精度力传感器 已经 面市 。 Ｍ 采用力传感器作为参考标准 ，与被检传感器 串联 ， 以机械 或液 压 方 式 施 加 负 荷 的 力 标 准 机也 相 继 问 世 ，国 际上 将 此 种 类 型 的 力标 准 机称 之 为 “ 加 叠
－ 上
Ｉ － ＇ 世 ， ｒ— ．ｔ ０ ， Ｌ
田
Ｌ 古 ｎ
同 二 姒
，、 Ｉ
囝 胄 、 廿 曲 古
； 阿 灶
— 上 ． Ｉ ／ ／ ／ Ｌ 卜 且
＋
佶
ｊ 而 拙 士 壮 椰 士
１ Ｉ／ 厶 ’ Ｉ １ Ｊ１ 口 ． 上 Ｊ
在
幸 炻 袁
Ｆ （ ＷｏＧ Ｓ Ｓ＋ ｐ Ｓ ＝Ｗ＋ ＋ ）１ ２Ｈ ｇ 广 广 ／ ２
式 中 ： —— 砝 码 的重 力 ，Ⅳ；
测 力 活
塞 及 其挂 吊 的重 力 ，Ⅳ；Ｇ 测 力 仪平 衡 重 块 的重 一 力 ，Ⅳ；Ｓ—— 工 作 缸 塞 的有 效 面积 ，ｍ — ；Ｓ — 测 力缸 塞 的有效 面积 ，ｍ ；日 一 测力 活 塞 与工 作 － ＿ 活 塞 底 面 的 高 度 差 ，ｍ；ｐ —— 油 液 密 度 ，ｋ／ ； ｇ ｍ。
计量第九章自相关与多重共线性
2020/3/6
-200
1985 1990 1995 2000 2005 2010
中山大学南方学院经济系
19
T
通过回归得出如下回归方程：
Y = 135.117 + 0.75824*X
t = (4.51)
(96.79)
p=(0.0002)
(0.0000)
R^2=0.9978 DW=0.449
多重共线性问题
如果我们的经济模型中有许多变量的话，多 重共线性的问题就是不可避免的。因为在经 济社会中，各经济因素都多多少少是相互关 联的。
例如，如果我们准备要估计某地的工资水平 ，在我们的经济数学模型中的因变量就是工 资额，模型中的自变量应该包括学历、工龄 、性别、工种、职务等。
2020/3/6
中山大学南方学院经济系
25
如果我们把年龄也加入到等式的右边，那么 年龄会与另一个自变量工龄有相关关系。在 这种情况下就会存在多重共线性。
在企业中，女性经理少于男性经理，而公司 的秘书职务往往是由女性来当的。所以在这 个模型中性别和职务也会存在相关关系，模 型也自然会存在多重共线性的问题
2020/3/6
5参数估计值的稳定性
如果对模型增加一个解释变量之后，发 现模型的参数估计值变化明显，则表明在解 释变量之间（包括新添解释变量在内）可能 存在多重共线性。
2020/3/6
中山大学南方学院经济系
41
四、克服多重共线性的方法
1、增加样本容量 如果多重共线性是由样本特性所引起，如果 理论上解释变量之间不存在多重共线性，则可 以通过收集更多的观测值增加样本容量，来避 免或减弱多重共线性。如将时间序列和截面数 据合并成平行数据。但当解释变量的总体存在 多重共线性时，理论上说增加再多的样本容量 也不能降低解释变量之间的线性关系。
大力值计量基准
大力值计量基准
1. 准确度和稳定性：大力值计量基准的准确度和稳定性是至关重要的。
它应该能够提供可靠和准确的大力值测量，以确保测量结果的可信度和可重复性。
2. 量程和分辨率：大力值计量基准的量程应覆盖所需测量的大力值范围，并具有适当的分辨率，以满足不同应用的需求。
3. 校准和验证：大力值计量基准需要定期进行校准和验证，以确保其性能和准确度的持续可靠性。
校准应按照相关的标准和程序进行，并可追溯至国际或国家标准。
4. 环境条件：大力值计量基准的使用和存储环境条件应受到控制，以确保其性能不受温度、湿度、振动等因素的影响。
合适的环境条件有助于提高基准的稳定性和寿命。
5. 防护和安全：由于大力值计量基准通常涉及较大的力量测量，因此在设计和使用时需要考虑防护和安全措施，以保护操作人员和设备的安全。
总之，大力值计量基准是确保大力值测量准确和可靠的重要基础设施。
它的建立和维护需要专业的技术知识和严格的质量控制，以满足工业、科研和其他领域对大力值测量的需求。
力学计量的几个基本概念
一，力学计量的几个基本概念1.1 什么是力学计量力学计量是发展最早的计量领域之一，它包括质量﹑力值﹑扭矩﹑硬度﹑压力﹑振动﹑冲击﹑流量﹑流速﹑转速﹑容量﹑加速度等的计量测试。
其理论基础是牛顿力学定律，即力=质量×加速度[1]。
1.2 质量计量质量就是物质多少的量度，它是个不变量，不会因为地理位置变化而改变。
质量计量是力学计量的重要内容之一，它同人们的生产﹑生活息息相关，几乎各种计量都离不开质量。
物体物质大小相差很悬殊，因此质量计量的范围很宽，质量计量的目的就是建立质量标准，测试物质的质量[2]。
质量计量是由度量衡中的衡发展而来的，其主要计量器具是砝码，天平，秤和各种衡器，凡是用来测量质量或用质量原理来检查和控制生产过程的测量仪器称为秤，秤又统称为衡器，一般人们把精度在万分之一以上的秤称为天平[1]。
1.3 密度计量密度是指分布在空间﹑面或线上的物质﹑各微小部分包含的质量对其体积﹑面积或长度之比。
均匀物质的密度ρ(或非均匀物质的平均密度)为其质量m与体积V之比，即ρ=m/VSI中密度的单位是千克每立方米[1]。
平常所说的液体浓度也是指密度而言。
物质的浓度可以用物质的质量浓度和物质的量浓度来表示，物质A的质量浓度定义为A的质量除以混合物的体积，以千克每升为计量单位，A的物质的量浓度定义为A的物质的量除以混合物体积，单位是摩尔每立方米。
密度计量主要靠各种类型的密度计来实现，如石油密度计﹑酒精密度计﹑海水密度计等，此外，密度计量还包括标准溶液的配制等内容[2]。
1.4 力值计量力就是物体之间的相互作用，这种作用使物体状态发生改变。
力是矢量，要确定一个力必须确定其大小﹑方向和作用点。
由于地球表面物体都受到重力的作用，所以重力对人类密切相关，人们把特制物体（砝码）的重力值作为基﹑标准机设计基础。
力值计量就是要保证这些基﹑标准设备所显现力值的准确可靠，并进行力的量值传递和测量[2]。
力值计量在工程和科学技术领域中有广泛运用，工程单位制中力值单位是千克牛，符号为kgf,1kgf=9.80665N。
力学计量、热工计量
针对复杂热工环境下的多物理场耦合问题，发展多物理场耦合测量 技术，提高测量的准确性和可靠性。
力学计量与热工计量未来发展方向
跨学科融合
高精度、高稳定性测量
力学计量与热工计量作为两个不同的学科 领域，未来将进一步融合，共同推动相关 领域的发展。
随着科技的进步和应用需求的提高，力学 计量与热工计量的测量精度和稳定性将不 断提高。
弹性式压力计
利用弹性元件（如弹簧管、膜片等）在压力作用下产生变形，通过测量变形量来推算压力 。这种方法结构简单、测量范围宽，但精度相对较低。
负荷式压力计
通过测量作用在单位面积上的力来推算压力，如活塞式压力计。这种方法测量精度高，但 需要定期校准和维护。
振弦式压力计
利用振弦在压力作用下的振动频率变化来推算压力。这种方法具有高精度、高稳定性等优 点，适用于长期监测和自动控制等领域。
热工计量的意义
热工计量在能源、化工、冶金、航空 航天等领域具有广泛应用，对于保障 生产安全、提高产品质量、节约能源 等方面具有重要意义。
热工计量发展历史
01
早期发展阶段
热工计量的起源可以追溯到古代，人们通过观察和实验逐步掌握了热现
象的基本规律，并开始使用简单的测量工具进行温度、热量等参数的测
量。
02
军事领域
在军事领域，力学计量对于武 器装备的性能测试和评估具有 重要作用。
其他领域
在环境监测、医疗卫生、食品 安全等其他领域，力学计量也
发挥着重要作用。
02 热工计量概述
热工计量定义与意义
热工计量定义
热工计量是研究热现象中物理量的测 量、控制和标准化的一门科学，涉及 温度、热量、压力、流量等热工参数 的测量。
力学计量简介
力学计量简介力学计量简介力学计量主要包括质量、力值、扭矩、硬度、压力、真空、震动、冲击、转速、恒加速度、流量、流速、容量等计量测试。
力学计量的理论基础是牛顿力学。
质量是一个基本的物理量，单位是kg。
质量是物体所具有的一种属性，它表征物体的惯性和它在引力场中相互作用的能力，质量是标量。
质量计量的准确性不仅取决于砝码，还取决于天平。
力是物体之间的相互作用。
力的计量单位是N。
测力的方法可以分为两类，即通过对质量和加速度的测量来求得力值；另一种方法是物体在受力后产生的变形量或与内部应力相应的参数的测量而求得力值。
扭矩是力与力臂的乘积，计量单位N·m。
如果准确地测出力的大小及该力到力的作用点的力臂长度，便可准确地测得力矩值。
硬度是指物体软硬的程度。
硬度本身不是一个确定的物理量，而是一个于物体的弹性形变、塑性形变和破坏有关的量。
硬度计量的方法很多，一般分为静载压入法和动载压入法。
静载压入法有布氏法、洛氏法、表面洛氏法、维氏法和显微硬度法等。
动载压入法有肖氏法等。
压力是指垂直作用于单位面积上的力，单位是Pa。
压力计量可分为静态和动态压力计量。
按压力计量范围大体有微压、低压、中压、高压和超高压等。
测量的具体压力又分为绝对压力、大气压力和表压力等。
真空是在给定的空间内，低于标准大气压的气体状态，使用真空度来描述，单位是Pa。
真空计量标准可以分为绝对标准和相对标准。
绝对标准是真空计量的基础，实际应用是真空标准多为性能稳定的相对标准。
振动是用位移、速度、加速度和频率等物理量来描述。
校准方法一般有绝对法和比较法。
对于加速度计常要校准其灵敏度和灵敏度随频率的变化。
校准装置采用高、中、低频振动标准校准装置等。
冲击是激起系统瞬间扰动的力、位置、速度和加速度的突然变化，该变化的时间要小于系统的基本周期。
冲击加速度的单位是m/s^2。
冲击的校准方法一般分为三种，绝对法、间接法和比较法。
转速或角速度是单位时间的角位移。
标准转速装置是校准和检定转速表的主要装置，由复现转速的装置和转速测量装置组成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
F—物体所受的力 m—物体的质量 a—重力加速度
5
第一节 基本概念
在重力场中，地球的引力使物体产生加速度，即产生重
力，因此，可以用已知物体质量在重力场中某处所受到的 重力加速值来测力值，基准测力机就是用具有一定质量的
砝码所产生的重力作用于被检测力仪器(如测力仪)来定度
力值的．当然这种砝码已考虑到重力加速度和空气密度的 影响对其质量进行了修正。
11
第一节 基本概念
静力效应测力：通过测量物体的变形量，或与应力相关的
物理效应来测量力值。 F = kL k=力F与变形L的比例系数
12
第一节 基本概念
要使一个物体在北京和广州都产生500N的力，它们的质 量各应是多少千克？（物体密度为7850kg/m3，空气密
度为1.2kg/m3）
（1）不考虑空气浮力？
1kg质量的物体产生1m／s2加速度的力。
1N=1kg·1m/s2
在“工程单位制”中，力的计量单位是千克力(kgf)， 千克力是非法定计量单位
1kgf=1kg×9.80665m/s2
1kgf=9.80665N
3
第一节 基本概念
二、测力方法 动力效应测力
静力效应测力
4
第一节 基本概念
动力效应测力：测量物体的质量及其所获得的加速度，计 算测定力值。F=ma。
式中：m—物体质量； g—物体所在地重力加速度值； ρk—空气密度(一般取ρk=1.2kg／m3) ρf—物体材料密度．
8
第一节 基本概念
由于地球各地重力加速度g值不同，所以相同质量的 物体在地球各地所受到的重力F也就不同。如在我国北方
的哈尔滨和南方的广州，同一质量的物体在两地所体现的
重力值可差0.19%。
（2）考虑空气浮力
13
第二节 力基准机和力标准机
力基准机和力标准机(也可称为标准测力机)均为固定 式测力设备，它们都是产生力值的装置。力基准机和力 标准机一般有静重式、杠杆式、液压式和I叠加式4种。
14
第二节 力基准机和力标准机
静重式 静重式力基、标准测力机都是以已知砝码的重力
直接作为基、标准力值，通过适当机构和程序平稳地
压力表测力原理是通过油管把压力表与工作油缸连接， 设试样受力P，工作活塞有效面积是F，油的压强是P, P=F×p
42
第五节 材料试验机
7.电子传感器测力原理
电子传感器测力原理是把力这个物理量变为电量来测量。 把力转化为电量方法很多，如可把力转化为电阻、电感、 电压、电容等来测量。
43
量中所用材料试验机主要是用来检测材料力学机械性能 的试验机。
32
第五节 材料试验机
1．按试验机的加载方式分类 （1）静载荷试验机：过种试验机是对材料施加平稳而递 增的载荷．直到满足要求为止。它又可分为：拉力试验机、
压力试验机、万能试验机、扭转试验机、蠕变试验机、复
合应力试验机、持久强度试验机、松弛试验机及硬度计等。 （2）动裁荷持试验机：这种试验机是对材料施加冲击、
第五节 材料试验机
双杠杆测力原理
36Байду номын сангаас
第五节 材料试验机
2. 摆锤测力原理
正弦摆测力原理
37
第五节 材料试验机
正切摆测力原理
38
第五节 材料试验机
3. 杠杆摆测力原理
39
第五节 材料试验机
4. 液压摆测力原理
40
第五节 材料试验机
5. 弹簧测力原理
41
第五节 材料试验机
6. 压力表测量原理
18
第二节 力基准机和力标准机
液压式
19
第二节 力基准机和力标准机
20
第二节 力基准机和力标准机
令初负荷 ，S1/S2=K 为液压放大
比，调整平衡重块并使G=W2/K，则式可表达为 F=KW+F0
上式表明，作用在被检测力仪上的力决定于液压
放大比K及所加砝码重量W。
21
第三节 标准测力仪
标准测力仪是力值计量中用来传递力值的标准设备，按其 作用它可分为两部分：一部分是作为基准力值与标准力值 之间的传递比对工具的标准仪器，它有0.01级和0.03级两 个级别；另一部分是作为标准力值与一般工作机之间的传 递标准测力仪，它有o.1级、0.3级和0.5级三个级别。在力 值计量中，0.1级标准测力仪用于检定0.5级材料试验机， 0.3级标准测力仪用于检定1级材料试验机，0.5级标准测力 仪用于检定2级材料试验机。
16
第二节 力基准机和力标准机
17
第二节 力基准机和力标准机
杠杆式
杠杆式力标准机是利用不等臂杠杆将已知砝码重力放 大得到标准力值，平稳地施加到被检定测力仪上，其所复
现的力值F(N)可表达为
F=Kmg(1-ρk/ρf)
式中K是杠杆放大比，即杠杆的长臂与短臂之比．我 国目前这种标准测力机杠杆比有10：1和20：1两种。最 大力值为IMN、300kN和60kN等
6
第一节 基本概念
物体A为地球引力场中任意一个 质量为m的物体，它受到重力R 和空气浮力f作用，则物体A受到 的合力F为： F=R-f
7
第一节 基本概念
如果重力加速度是g，空气密度是ρ k，物体A是砝码，且其
密度是ρf，所占空间体积是V，则上式可写成： F = R – f =mg - Vρkg = mg- mρkg/ ρf 即： F = mg(1- ρk/ ρf)
29
第四节 力传感器
石英晶体压 电效应演示
当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的 频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将 30 由于表面漏电而很快泄漏、消失。
第四节 力传感器
31
第五节 材料试验机
材料试验机是用于检测材料、物件及产品的力学机
械性能，工艺性能及可靠性等参数的仪器设备，力值计
重复交变或随机动负荷，直到满足要求为止。它又可分为
冲击试验机和疲劳试验机等。
33
第五节 材料试验机
2．按测力方式分娄 按测力力式可分为杠杆测力试验机、摆锤测力试验 机、弹簧测力试验机、电子式测力试验机和压力表式测力 试验机等。
34
第五节 材料试验机
试验机的测力原理
1、杠杆测力原理
单杠杆测力原理
35
22
第三节 标准测力仪
百分表式标准测力仪 水银箱式标准测力仪 光学式标准测力仪
电阻式标准测力仪
23
第四节 力传感器
力传感器将各种力学量转换成电信号的器件。
待 测 量
敏感 元件
中间 量
转换 元件 辅助电源
可用 电量
测量 电路
输 出 电 量
24
第四节 力传感器
应变式电阻传感器
R=ρ l/S
第九章 力值计量
• 第一节 基本概念 • 第二节 力基准机和力标准机
• 第三节 标准测力仪
• 第五节 材料试验机
颜幸尧
cjlu_yan@
1
第一节 基本概念
一、力的概念
力是使物体产生加速度和变形的原因。 力的三要素：大小、方向和作用点。
力的单位: 牛顿（N）
2
第一节 基本概念
在国际单位制中，力的计量单位是牛顿(N)，1N就是使
施加到被检定测力仪上。静重式就是直接加荷式，所 以有时也称为直接加荷式基、标准测力机，它不通过
任何放大机构得到力值，因此，它的基、标准力值就
是砝码所受到的实际重力。
15
第二节 力基准机和力标准机
这种机器的不确定度主要取决于砝码质量的不确定度、 安装地点重力加速度不确定度、砝码和空气密度测量不确 定度。 我国所建的力标准机有1MN系列基准机和5MN、 20MN大力值基准机。
9
第一节 基本概念
为保证各地力值一致，各地所用砝码的质量要进行
重力加速度和空气浮力影响的修正。上式修改为： ρf g（ρf -ρk）
m=
F
10
第一节 基本概念
ρf
例如，在天津
= 0.102045 g（ρf -ρk）
即 m=0.102045F 在天津，要产生1N的力，需要砝码的质量是0.102045kg， 要产生10N的力，需要砝码的质量是1.02045kg
金属丝式应变片 金属应变片 金属箔式应变片 薄膜式应变片
半导体应变片
25
第四节 力传感器
26
第四节 力传感器
27
第四节 力传感器
压阻传感器
单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变 化，这种现象被称为压阻效应。
扩散硅压力传感器
28
第四节 力传感器
压电传感器
清代诗人苏履吉赞颂鸣沙的“雷送余音声袅袅，风生细响语喁