力值砝码选择方法详解

选择力值砝码是一个需要综合考虑多个因素的严谨过程。核心原则是：确保砝码产生的力值准确、可靠，并满足您的测试需求。

以下是详细的步骤和考量因素，您可以按此逻辑进行选择：

一步：明确核心参数

1.力值范围

·大力值： 您需要校准或测试的大力是多少？例如，10 kN, 50 kN, 200 kN 等。

·小力值： 您需要测试的小力（或感兴趣的起始点）是多少？这决定了系统的分辨率。

·关键点： 通常还需要选择如满量程的20%，50%，80%，100%等关键校准点。

2.准确度等级

·这是最重要的指标之一，直接决定了砝码的精度和成本。

·国际建议（如·IML R60）： 砝码分为多个等级，如 00级、0级、1级、2级 等。等级数字越小，允许的误差越小，精度越高。

·您的需求： 您的测试标准或质量体系要求允许多大的不确定度？通常，所选砝码的准确度应优于被测力传感器或试验机允差的1/3到1/10。

3.力传感器的类型

·拉向传感器： 需要选择提吊式砝码或使用反向器将压力转换为拉力。

·压向传感器： 选择叠放式砝码，直接加载。

·复合传感器（拉压两用）： 需要一套能同时满足拉压需求的砝码系统，或配备反向器。

二步：考虑关键技术因素

4.砝码组配方式

·直接加码： 每块砝码代表一个固定的力值。组合起来覆盖所需范围。这是最直接的方式。

·杠杆放大式： 使用不等臂杠杆，用小质量的砝码产生大力值。常用于大力值（如1MN以上）实验室，节省空间和成本，但系统更复杂。

·组合方式： 通常采用 “1, 2, 5, 10" 序列组合。例如，要覆盖0-10 kN，可能会选择 1 kN × 2块，2 kN × 1块，5 kN × 1块。这样可以组合出1，2，3，4，5...10 kN的所有整数点。

5.连接接口

·砝码的中心吊杆、连接器必须与您的力传感器或加载框架的接口物理兼容。包括螺纹规格、直径、对中性等。不匹配会导致无法安装或引入侧向力误差。

6.环境与安全

·温度稳定性： 高等级砝码需在恒温实验室使用，温度变化会影响砝码质量。

·湿度与腐蚀： 砝码材料（如不锈钢）应能适应环境，防止生锈影响质量。

·重力加速度： 力值 = 质量 × 重力加速度。高精度校准时，必须使用当地的重力加速度值进行计算和修正，不能直接用标称质量乘以9.8。

·安全： 大力值砝码非常重，需考虑实验室地面的承重、吊装设备（如行车）以及操作人员的安全防护。

三步：计算与验证

7.进行力值计算

·基本公式：F = m * (g_l·cal + a)

F: 产生的力值（N）

m: 砝码质量（kg）

g_l·cal: 当地重力加速度（m/s²），可查询或测量。

a: 如果砝码在空中加速运动，需考虑加速度（静态校准时a=0）。

·简单来说，在静态下：F (N) ≈ m (kg) * 9.8 (m/s²) * C，其中C是包含重力修正和空气浮力修正的系数。

·空气浮力修正： 对于00级和0级等高精度砝码，还需考虑空气浮力对质量的影响。

选择流程总结

1.确定需求： 大/小力值、精度要求（对应砝码等级）、拉/压模式。

2.初步选型： 根据力值范围和“1,2,5"序列，确定需要的砝码标称值组合。计算单块砝码的质量（质量 = 标称力值 / 当地重力加速度）。

3.核查精度： 确认所选砝码等级（如0级）的允许误差是否满足您测试系统的不确定度要求。

4.核查兼容性： 确认机械接口、安装空间、承重等。

5.咨询供应商： 将以上需求告知专业的计量设备或测力砝码供应商。他们能提供：

·完整的配置方案。

·每套砝码的《检定证书》，上面会给出在标准重力加速度下的实际力值或折算质量值，以及不确定度。这是法律和计量溯源的依据。

6.考虑配套设备： 是否需要砝码交换器（实现自动化加载）、反向器、专用支架、运输小车等。

实用建议

•对于常规材料试验机（如100kN以下）的校准： 直接购买一套对应量程、0.1级或0.3级精度的叠加式或提吊式砝码组是常见选择。

•对于较高精度（如传感器生产标定）： 必须选择00级或0级砝码，并在严格控温的实验室，使用经上级计量部门传递的标准重力值进行计算。

•当力值非常大（>500kN）时： 杠杆式或液压放大式标准机可能比纯砝码更经济实用。

•切记： 购买时，合同和证书至关重要。务必索取由法定计量机构或CNAS认可实验室出具的检定/校准证书。

如果您能提供具体的力值范围、用途（如校准什么设备）、以及大致的精度要求，我可以给您更具体的选型参考。