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一、國內(nèi)外現(xiàn)狀

國際上自建立力值標準開始，其力值溯源、量值傳遞一直采用靜重式力標準機。靜重式力標準機是砝碼通過地心引力產(chǎn)生重力作為標準負荷，砝碼既是力源又給出了力值大小，優(yōu)點是準確度高，缺點是設(shè)備制造成本高、裝置定期檢定維護困難。

目前，世界上最大量程的靜重式力標準裝置為美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)的4.45MN力標準機,國內(nèi)外主要靜重式力標準機現(xiàn)狀如表1所示。    

表1  國內(nèi)外主要靜重式力標準機現(xiàn)狀表

目前，中國最大的靜重式力標準機是保存在中國測試技術(shù)研究院的1MN力值國家基準，力值相對擴展不確定度為0.002%(k=3)。大于1MN的力值基準為5MN液壓式力標準機(0.03%)和20MN液壓式力標準機(0.01%)。1MN以上的靜重式力標準機在國內(nèi)尚屬空白，同時現(xiàn)有靜重式力標準機存在砝碼交換等技術(shù)缺陷，影響測量結(jié)果。因此，全國數(shù)百家傳感器相關(guān)企業(yè)和航空航天、國防工業(yè)、智能控制、交通建筑等相關(guān)行業(yè)急需2MN的靜重式力標準機為其提供量傳標準。

二、2MN靜重式力標準機

由天津計量院與福建計量院共同研制的2MN靜重式力標準機分別在天津和福州建設(shè)完成，并順利通過市場監(jiān)管總局組織的項目驗收。2MN 靜重式力標準機由主機和控制系統(tǒng)組成，主機包括機架、吊掛和砝碼組件。根據(jù)靜重式力標準機的原理，被檢件與吊掛、砝碼受力串聯(lián)；根據(jù)質(zhì)量調(diào)整后的吊掛和砝碼作為標準力值來源，根據(jù)檢定力值點逐級控制，將吊掛和砝碼加載或卸載，完成對被檢測力儀的檢測。

本裝置的工作原理和步驟為:工作前，將檢定量程和力值點輸入控制軟件，自動分配最佳砝碼配置方案。安裝并對準被檢測力儀后，伺服電機根據(jù)參考傳感器標定力值，驅(qū)動移動橫梁上升，使一級、二級、三級吊掛逐級或一次性加載；在軟件控制下，驅(qū)動每一級待加載砝碼的三個伺服電機，將砝碼平穩(wěn)下降，直至砝碼完全落在中心吊桿的托盤上，砝碼手柄與加載驅(qū)動機構(gòu)完全脫離。在加載過程中，參考標準傳感器和被檢測力儀同時受力，傳感器輸出信號分別由參考標準儀表和被檢儀表發(fā)送給計算機，計算機根據(jù)參考標準傳感器輸出信號，對伺服驅(qū)動器發(fā)送驅(qū)動信號，使加載速度和時間滿足加載曲線要求；同時結(jié)合位移監(jiān)測，保證砝碼加卸載過程平穩(wěn)。

該裝置為目前國內(nèi)量程最大的靜重式力標準裝置，不確定度優(yōu)于0.002%，與德國PTB2MN靜重式力標準機相當，與英國NPL 1.2 MN靜重式力標準機比對一致性優(yōu)于0.002%。

三、2MN靜重式力標準機建成的意義

建成后的2MN靜重式力標準機為目前國內(nèi)量程最大的靜重式力標準裝置，處于國際領(lǐng)先水平。項目的成功實施，解決了我國1MN以上大力值高準確度校準的難題，可滿足航空航天、國防工業(yè)、智能控制、交通建筑等領(lǐng)域?qū)Υ罅χ禈藴实男枰钛a了國內(nèi)大力值領(lǐng)域空白，項目的研究成果將為我國力值計量領(lǐng)域科研工作提供試驗條件，為提升我國裝備制造競爭力、原材料供給水平提供強有力的技術(shù)支撐。與此同時，該裝置也將極大地增強我國在制定國際力值產(chǎn)業(yè)標準、力值比對和國際力值研究領(lǐng)域的地位和話語權(quán)，為我國經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展保駕護航。