新型自平衡液压式力标准机力值砝码系统

　　摘　要：新建5MN液压式力标准机时，利用液压缸自平衡的新技术解决了初载荷的平衡问题，对该自平衡液压式力标准机力值砝码加卸载机构提出了新的设计，建立新的力值砝码组合方式，从而大大提高力标准机的工作效率。

　　0　引言

　　液压式力标准机 (HM：hydraulic-amplificationforce standard machine) 就是以砝码的重力作为标准负荷，经过一定的两组油缸活塞组合的液压系统放大后，按预定顺序自动平稳地把负荷施加到被检测力仪上的力标准机。液压式力标准机 作为国家的基标准设备，是一种高准确度等级的力值计量标准装置[1]。

　　常见液压式力标准机的工作原理如图1 所示。砝码加载在测力活塞上，使测力油缸内液体产生压力，其压力通过油管传递到工作油缸内，使工作活塞产生的力作用到被检测力仪上。

　　当油缸活塞之间的漏油量比较小，接近于液压静平衡，以及忽略油缸活塞之间机械摩擦的情况下，作用在被检测力仪上的力 F，根据帕斯卡原理可表示为

　　1　传统液压式力标准机检定校准时存在的问题

　　传统液压式力标准机的工作方式就是按照砝码排列顺序依次加卸载，为了扩展力标准机的测量点，砝码的组合方式往往会采用两组标准力值砝码，即一组 小砝码加上一组大砝码的方式。F1作为初载荷，其产生的标准力值等于一级小砝码产生的标准力值，F1与小砝码组相加所产生的标准力值等于一级大砝码产生的 标准力值;F1加上大、小砝码组相加所产生的力值等于该力标准机的测量上限。

　　初载荷 F1可用式(3)表示：

　　通常，工作活塞及其上面的工作台等的自重W1达几十千牛，而正是由于 W1的存在，使用传统的液压技术，无法平衡这么大的 W1，所以由式(3)可知，对于液压式力标准机来说，不可避免地产生了一个初载荷 F1。由于初载荷 F1的存在，液压式力标准机在检定校准工作中就带来了问题。

　　1)被检仪器设备的自重W2

　　一般是通过调整力标准机工作活塞底面距测力活塞底面的高度差h 来进行平衡。被检仪器的自重W2的变化范围很大并且无法控制，最大值要达到几千牛，因此每次平衡的位置都不一样，理论上只要 h 足够大，力标准机就可以自动平衡 W2。但在实际工作中 h的调整范围都是有限的，大多数情况下，W2都会超出力标准机自平衡范围，因此需要通过在测力活塞上另加小砝码来进行平衡。所以，在实际工作中，需要对每 一台被检的测力仪进行称重，通过计算得到需要配重的小砝码数值，既增加检定的工作量，降低了工作效率，同时对于每一台被检测力仪，都需要选择不同的小砝码 来进行平衡，这就引进了一个变量，影响到整个检定过程的不确定度。