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1、精思国计，细量民生,1,计量学基础教学课件,中国计量学院计量测试工程学院计量学基础 课程组组织编写 机械工业出版社,普通高等教育测控信息技术规划教材,精思国计，细量民生,2,第八章 力学计量,同几何量计量一样，力学计量也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。在科研、生产、国防等各个领域都起着非常重要的作用。,精思国计，细量民生,3,第一节 基本名称和概念,一、 质量计量的基本概念,质量是描述物体的惯性大小及该物体吸引其他物体引力性质的物理量，是国际单位制的七个基本量之一，
2、它的基本单位是千克，也叫公斤。 质量计量是由“度量衡”中的衡发展起来的，其主要计量器具是砝码、天平、秤和各种衡具。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，一旦质量量值失准将引起连锁反应。,精思国计，细量民生,4,第一节 基本名称和概念,二、 力值计量的基本概念,力是物体间的相互作用，它能改变物体的运动状态或使物体发生形变。力是矢量，要确定一个力必须确定其大小、方向和作用点。在国际单位制中，力的计量单位是牛顿。 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。,精思国计，细量民生,5,第
3、一节 基本名称和概念,三、 压力计量的基本概念,垂直作用在单位面积上且均匀分布在此面积上的力称为压力。国际单位制中，压力的单位是牛顿/平方米，又称帕斯卡。压力分为绝对压力、表压力和真空度。 国际计量委员会为了比对方便，将压力与真空的范围划分为超低压（110-4Pa-1Pa）、低压(1Pa-1103Pa)、中压(1103Pa-1106Pa)和高压(1106Pa)四类。,精思国计，细量民生,6,第一节 基本名称和概念,四、 流量计量的基本概念,流量就是在单位时间内，流体通过封闭管道或明渠的某截面处的量。这个通过量如果是流体的体积刻称它为瞬时体积流量（qv），简称体积流量或容积流量；如果是流体的质量
4、，则可称它为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。它们的表达式是,精思国计，细量民生,7,第二节 力学计量的基准原理,一、 质量计量的基准,1、砝码 质量的计量通过砝码和衡器进行，其中砝码是质量量值传递的标准设备。根据准确度不同，砝码可以分为国家千克基准（也叫国家公斤原器）、千克副基准（也叫国家公斤副基准）、千克工作基准、一等砝码、二等砝码和一级至七级砝码。,精思国计，细量民生,8,第二节 力学计量的基准原理,一、 质量计量的基准,2、天平 根据不同准确度，天平可以分为原器天平、基准天平和标准天平。 原器天平用于原器和基准砝码的比较； 基准天平用于工作基准砝码的比较； 标准天平用于戈登砝码的比较
5、。,精思国计，细量民生,9,第二节 力学计量的基准原理,一、 质量计量的基准,2、天平 基本原理 1）杠杆原理 杠杆是一种在外力作用下绕固定轴转动的机械装置，平衡时，作用在杠杆上的所有外力矩之和为零。 2）弹性变形原理 当被称物或标准砝码的质量作用在传感器上时，弹性体产生变形，应变计的电阻值变化产生一定的输出信号，从而可以实现质量的比较或衡量。,精思国计，细量民生,10,第二节 力学计量的基准原理,一、 质量计量的基准,2、天平 基本原理 3）液压原理 根据帕斯卡原理，加在密闭液体上的压强，能够按照原来的大小由液体向各个方向传递。 4）电磁力补偿原理 电磁力补偿天平，利用放大电路来调节位于恒磁
6、铁气隙中通电线圈所产生的力，知道它与被测物体的重力相平衡。,精思国计，细量民生,11,第二节 力学计量的基准原理,二、 力值计量的基准,1、力值计量方法 力值计量的方法主要分为两类：其一是利用力的动力效应测量，即通过质量和加速度的测量来求得力值，如杠杆式标准测力机、液压式标准测力机等；其二是利用力的静力效应测量，即通过测量受力物体产生的变形量或内部应力的相应参量求得，如显微镜式 光学标准测力仪、百分表示标准测力仪、电阻应变式测力传感器等。,精思国计，细量民生,12,第二节 力学计量的基准原理,二、 力值计量的基准,2、力值基准机和标准机 基准测力机是复现最高准确度力值的设备，使统一国家力值的重
7、要依据。用于力值传递的是力标准机。按照其工作原理可以分为静重式、杠杆式、液压式、叠加式四大类。 我国的标准测力机根据准确度不同分为三等：一等标准测力机、二等标准测力机、三等标准测量机。,精思国计，细量民生,13,第二节 力学计量的基准原理,三、 压力计量的基准,压力仪器按照其工作原理可以分为：液体压力计、活塞式压力计、弹性式压力计和电子测量式压力仪表。 1、液体压力计是基于流体静力学原理，利用液柱自重产生的压力与被测压力平衡的方法制成的压力计，是一种比较经典的压力计。液体压力计结构简单、使用方便、测量可靠、准确度较高、价格经济、在微压、低压范围内有广泛应用。,精思国计，细量民生,14,第二节
8、力学计量的基准原理,三、 压力计量的基准,2、活塞式压力计优点是操作简单，测量范围宽，准确度高，稳定性好，经久耐用，传递简便可靠，主要用于压力量值传递和高准确度的压力测试。有效面积的测量不确定度是活塞系统不确定度的主要来源。 3、电子测量式压力仪表的核心元件是压力传感器，它是感受规定的被测压力量并按照一定规律转换成可用信号输出。,精思国计，细量民生,15,第二节 力学计量的基准原理,四、 流量计量的基准,根据流量测量原理,流量计可以分为四大类： 1、利用伯努利方程原理来测量流量的流量计； 2、容积法，利用很多标准小容器连续测量流体的 方法，被广泛应用于高粘度流体测量； 3、速度式流量计，通过测
9、量流体流动速度获得流 量的方法； 4、质量流量计，以测量流体质量流量为目的。,精思国计，细量民生,16,第二节 力学计量的基准原理,五、 容量计量的基准,容器计量的方法可分为： 1、衡量法 测定容器内所容纳工作介质的质量和 密度，计算出容器容积的一种方法。 2、直接比较法 用高一级的标准器、A级玻璃量器 及0.5mL以下微量吸管等容积的检定。 3、几何比较法 通过所建立的数学模型，运用各 种几何测量手段测出容器的特征几何参数，计 算出容量值的方法。,精思国计，细量民生,17,第二节 力学计量的基准原理,六、 硬度的试验基准,硬度的试验方法按照施加载荷或试验性质，可分为静力硬度试验法和动力硬度试
10、验法两种；按照被试材料的性质，可分为金属硬度试验和非金属硬度试验两类。 静力硬度试验法是在静态力作用下，将规定材料与形状的压头压入被测试材料的表面，经过规定的保持时间后卸除载荷，测量压痕的深度或大小，通过计算、查表或自动显示来测定硬度。,精思国计，细量民生,18,第二节 力学计量的基准原理,六、 硬度的试验基准,动力硬度试验法是在动态力作用下，用规定材料与形状的冲头冲击被测试材料的表面，通过测量冲头回跳高度、冲击速度或反弹速度等参数来获得硬度值的一种硬度试验方法。这种试验方法以材料的弹性变形为主要特征，例如肖氏硬度试验法和里氏硬度试验法等。 常用的硬度测试装置有：布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬
11、度计、肖氏硬度计、里氏硬度计等。,精思国计，细量民生,19,第二节 力学计量的基准原理,七、 密度计量的基准,液体密度基准是统一国家液体密度单位量值的最高依据，采用相对测量法。因为纯水密度已知，所以以它参考物质进行比较测量获得基准，包括基准装置和基准密度计组，测量范围为650-3000kg/m3,用于保存与复现液体密度量值。,精思国计，细量民生,20,第三节 力学计量的传递方法,一、 质量传递方法,常用的衡量方法有直接衡量法和精密衡量法。精密衡量法包括交换衡量法、替代衡量法、门捷列夫衡量法。 为保证被测量值的同一和准确，需要对砝码和天平进行检定。一等砝码的检定需要在三级天平上进行，其余各等砝码
12、采用高一等标准砝码相比较的方法进行。天平的检定包括其外观的检定和性能的检定。,精思国计，细量民生,21,第三节 力学计量的传递方法,二、 力值传递方法,力值传递分为定度和检定两种方式，定度是将基准机或标准机的标准力值传递到测力仪表刻度上，确定刻度对应的力值；检定是标准机与被检仪器或设备的示值进行比较的过程，以确定其误差。力值传递通过高一等级的测力机对下一级的测力机进行定度和检定。,精思国计，细量民生,22,第三节 力学计量的传递方法,三、 压力的传递方法,我国的压力量值传递系统从国家基准复现压力的单位量值开始，通过各级标准器和检定手段，逐级传到工作用的各种仪表。压力仪表的检定使用各种标准器产生
13、的压力采取直接比较的方法。 压力仪表的检定经历了手动及自动两个阶段。,精思国计，细量民生,23,第三节 力学计量的传递方法,四、 流量传递方法,流量标准装置分为原始标准装置和传递标准装置两大类，流量传递标准装置通过原始标准装置进行量值传递，具有很好的重复性和稳定性。流量计的检定分为直接测量法和间接测量法。,五、 容量传递方法,对于玻璃量器和金属量器的检定采用比较法。,精思国计，细量民生,24,第四节 力学计量的发展,近年来，力学计量的研究工作不多深入开展，主要工作集中在以下方面 ： 1、国际比对工作的开展 2、计量基（标）准的研究 3、计量量限向两端延伸，动态压力计量不断发展 4、应用新技术，提高测量准确性金额自动化水平 5、测量范围更广,精思国计，细量民生,25,Thank you!,
