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力值砝碼檢定/校準(zhǔn)時應(yīng)注意的問題

從事力學(xué)計量檢定或校準(zhǔn)工作的人員都知道，質(zhì)量的法定計量單位是千克（kg），力值的法定計量單位是牛頓（N）。然而，在大部分開放城市的外資、合資企業(yè)中還普遍存在使用非法定計量單位的現(xiàn)象。例如：質(zhì)量的磅（LB或lb），力值的千克力（kgf）或磅力（lbf）等，由于這些企業(yè)的特殊性，他們使用的這些單位，經(jīng)過一定審批手續(xù)還是可以使用的。這樣，就存在了多種單位并存的情況。作為法定計量機(jī)構(gòu)，使用的單位一定是法定單位，那么，對這些企業(yè)的計量儀器的檢定或校準(zhǔn)，就必須對這些計量儀器的計量單位進(jìn)行換算，才能進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。同時由于我國的質(zhì)量砝碼計量采用折算質(zhì)量值，而非真空質(zhì)量值，因此在對力值砝碼計量應(yīng)注意這個問題。現(xiàn)在，上海亭衡就力值砝碼的檢定應(yīng)注意的問題提出建議，供大家探討。

1、力值砝碼的單位間的換算關(guān)系

1.1、N和kg的換算

按照J(rèn)JG99-1990砝碼檢定規(guī)程和JJG808-1991標(biāo)準(zhǔn)測力杠桿檢定規(guī)程的有關(guān)技術(shù)要求及計算公式，除了一等砝碼外，其它等級砝碼均使用折算質(zhì)量。

標(biāo)準(zhǔn)力值砝碼的標(biāo)稱質(zhì)量m的折算公式：

砝碼的折算質(zhì)量值和真空中砝碼質(zhì)量值的換算公式：

式（1）(2）中：m為力值砝碼的真空質(zhì)量，kg；F為標(biāo)準(zhǔn)力值砝碼所產(chǎn)生的相應(yīng)力值，N；g為杠桿使用地區(qū)的重力加速度，m^。s ^-2；ρ_r為檢定地點的空氣密度，kg^。m^-3；ρ_r為標(biāo)準(zhǔn)力值砝碼的材料密度，kg^。m^-3；m³為力值砝碼的折算質(zhì)量，kg；ρ₁₂為空氣密度為0.0012kg^。m^-3

由（1）式 、（2）式得出：

將（3）式轉(zhuǎn)換為：

當(dāng)ρ_1.2=ρ_r時，（4）式可以簡化為：

因此可以得出：牛頓（N）力值砝碼和質(zhì)量砝碼的對應(yīng)關(guān)系，見表 1。(以廣州為例，g=9.788 33m^。s^-2，ρ_r≈0.001 2kg^。m^-3 ）

表 1　 牛頓（N）力值砝碼和質(zhì)量砝碼對應(yīng)關(guān)系表

1.2、kgf 和kg、lbf 和kg的換算

1 kgf 力的定義是質(zhì)量為1kg 的物體，在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下（g =9.806 65 m/s 2 ）所承受的力。

故有：1 kgf =9.806 65N ;

而 1lb=0.453 692 4 kg

因此：1 lbf =0.453 692 4 ×9.806 65 N

1 kgf 的力值砝碼的折算質(zhì)量值為

由此可以得出：千克力（kgf）、磅力（lbf）力值砝碼和質(zhì)量砝碼的對應(yīng)關(guān)系，見表 2、表3

(以廣州為例，g=9.788 33m^。s^-2，ρ_r≈0.0012 kg^。m^-3）

表 2　 力值（kgf）與質(zhì)量（kg）的對應(yīng)關(guān)系表

表 3　 力值（lbf）與質(zhì)量（kg）的對應(yīng)關(guān)系表

2、空氣浮力的修正

根據(jù)JJG808-1991標(biāo)準(zhǔn)測力杠桿檢定規(guī)程的要求，標(biāo)準(zhǔn)測力杠桿所配置的標(biāo)準(zhǔn)力值砝碼質(zhì)量誤差為±0.01%，經(jīng)過理論計算，空氣浮力的影響量均小于砝碼質(zhì)量誤差的1/5，因此，不必進(jìn)行空氣浮力修正，標(biāo)準(zhǔn)測力杠桿配置的力值砝碼均可以直接按（5）式進(jìn)行計算。

但是，對于等級為 M1級的力值砝碼，應(yīng)考慮空氣浮力的影響。現(xiàn)通過下面例子給予證明。

JJG99-1990砝碼檢定規(guī)程砝碼允許誤差的規(guī)定見表4

表 4　 允許誤差表

例：某地，1N力值砝碼，檢定地點的空氣密度為0.001 0 kg^。m^-3，其折算質(zhì)量通過（4）式可以得出：

1N的力值標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量值為0.999 987 1×1N/0.999 85g；忽略空氣浮力時其折算質(zhì)量為 m³=1/0.99985g

由此可以看出：影響量為0.00129%（即0.00129%×1N，折算質(zhì)量約為1.3 mg），大于砝碼允許誤差（mpe=5mg，見表 4）的1/5，顯然，忽略影響量是不行的，就必須按照（4）式進(jìn)行修正。同樣，對于千克力（kgf）砝碼，應(yīng)按照（7）式進(jìn)行修正。

因此，筆者認(rèn)為在檢定或校準(zhǔn)力值砝碼時，既要考慮力值砝碼和質(zhì)量砝碼的換算關(guān)系，還應(yīng)考慮空氣浮力的影響，只有這樣才能保證力值砝碼量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。