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测力机复现整数牛顿力值砝码质量的简便计算公式
时间:2019/11/19 14:31:12 点击次数:2264

测力机复现整数牛顿力值砝码质量的简便计算公式:

      为贯彻国家法定计量单位,在复现整数牛顿力值时,应对原公斤力的砝码进行质量补充。本文针对标准测力机和摆锤试验机的砝码(或摆锤)补充质量提出了简便算法,以供参考。

      一、标准测力机砝码补充质的计算

      在力值传递系统中,考虑当地重力加速度和空气浮力的影响,由基准或标准测力机的砝码质量直接复现公斤力力值Fr,所需砝码质量m,:

      F.gm,=一  (1)B(1-.PkPt式中,  g-一当地重力加速度,(m/s2);

      gn- -- kgf- N转换系数,g= 9.80665;ρ:一一空气密度,(kg/m');

      复现牛顿力值FN所需砝码质量mn:

      FvmN=g(1-  PkP1 !(2)

      由于公斤力与牛顿间的换算系数为非整数(1kgf =9.80665N),若要使10牛顿力对应原1公斤力为同一刻度,则必须在原1公斤力所对应砝码的基础上增加一定质量m补的补充砝码,从而实现两种力值共用一个度盘,此时度盘指示的刻度值有Fn=10F: (即原公斤力刻度值乘以十倍为整数牛顿值)的关系。则将Fw=10F,代入式( 1 )( 2 )整理得:

      mw  10== 1.0197162 m.go (3)

同时已知:

      mv=mz + m补  (4)

      将式( 4 )代人式( 3 ):

      cm=_10-- 1 =0.0197162  (5)

      m:  gnC =0.0197162可称为复现整数牛顿力值砝码时,原公斤力的砝码质量增加系数。

      将已知值m;代入(3)(5)两式,则得标准测力机复现整数牛顿力值时计算砝码质量的简便公式:

      m= 0.0197162mx  ( 6)mN1.0197162m,  (7)由式(1)可知,利用力的动力效应复现的现行公斤力力值的砝码,已考虑当地重力加速度和空气浮力的影响。则我们认为,在原砝码的基础上复现整数牛顿力值时,不必按(1)(2 )两式(见参考文献)进行烦琐的计算求出m,而只需实测原公斤力各砝码的质量mn,(6)( 7 )两简便公式,即可求得原各级砝码所需的补充质量m补或相应各级牛顿力值的砝码质量mw

      二、摆锤试验机摆锤补充质的计算

      对摆锤试验机,为复现整数牛顿力值,同样需改变其原摆锤质量。但我们知道,摆锤试验机的摆杆(不挂摆锤时)在度盘上复现的力值所需的摆杆质量是未知的(不同于标准测力机的吊架系统质量是已知的),所以对摆锤试验机进行改制,关键在于计算出摆杆复现公斤力时所需的摆杆质量m,;  并把m摆值加在经改制后第一级度盘所对应的摆锤上,方可复现整数牛顿力值。

三、简便公式的验证

Lj-500型拉力机为例,已知F1h=100kgfF:2h = 250kgfFsk= 500kgf,在七级天平上实测得原三个摆锤的质量为m:s=4.914kgmzn=11.982kgmzk=19. 995kg。将该六个已知值代人式(9 ),计算得:

      m=3.080kg

      为验证m摆的准确度,将以上七个已知值代入式( 8 ):

      12 , 50938212.51501812.509069由此结果可知,计算值m摆是可信的。

      我们采用重新制造一套复现牛顿力值的新摆锤,则由(11)式可得复现整数牛顿力值时所对应的三个新摆锤质量为:

      ( mn=5.0716112 :

      m2n= 12.218239( m3n= 20.389225

      将加工好的三个新摆锤严格按JJG99- -72规定的四等砝码检定,然后使用ES-010 AL -0.5三等拉式标准测力计对Lj-500拉力机进行公斤力和牛顿力值的检定(拉式测力计的公斤力和牛顿值由兵器工业部296力学计量站标定),其相对误差(检定结果的变动度均不大于(%)见图(实线为公斤力值相对误差;虚线为牛顿力值相对误差)

      由图结果可知,经改制后,该拉力机公斤力与牛顿力值的相对误差方向基本是吻合的,则说明本文提出的简便计算公式用于摆锤试验机的改制是可行的。

      四、结  

      1.对于动力效应复现力值的测力机,在公斤力的基础上复现整数牛顿力值砝码(即原公斤力的刻度值乘以十倍为整数牛顿值),不需当地重力加速度和传递比等参数,即可按本文提出的(6)( 7)(10)(11)简便计算公式。

牛顿力值砝码

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