摘要：文章介绍了运用相应级别的标准机械天平、相应等级的标准砝码、可沿X、Y、Z轴移动的三维工作台及相关附件，通过加工、组合成一套小力值测力仪校准装置，用于校准与天平、砝码相对应的准确度等级、测量范围为2mN～10N的小力值测力仪。
关键词：标准机械天平；三维工作台；小力值测力仪；校准装置
1 引言
随着现代科技的不断发展，越来越多的10N以下的小力值计量器具在我国各领域特别是航空、航天领域得到较为广泛的运用。但目前绝大部分计量技术机构均缺少一套准确、可靠的，用于量值传递小力值测力仪的检定/校准装置。因此研究一套可以用于量值传递2mN～10N小力值测力仪的校准装置具有重要的意义。
2 校准装置的研制
2.1校准装置研制的难点
小力值测力仪校准装置在研制过程中，需要解决以下几个主要的难点：
1)零点校准。由于微小力值测力仪最小校准点为2mN，放置砝码的支架或者托盘本身有自重，且自重远大于2mN，不符合微小力值测力仪需要从零点开始计量要求；
2)加力方向。在校准小力值测力仪时，如何改变校准装置的加载方向，把力值拉、压双向均施加到被校准的小力值测力仪；
3)等效加力。在校准过程中，如何把砝码(最小2mN)产生的力值，完全有效地加载到被校准的小力值测力仪上；
4)同轴度。如何保证校准过程中，标准砝码产生的力与被校准的小力值测力仪受力在同一轴线上。
5)加力平稳度。由于校准的是微小力值测力仪，在校准过程中稍有晃动，对其校准结果的数据影响很大。
2.2研制难点的解决办法
2.2.1零点的校准
在如何消除放置砝码的支架或者托盘自重方面，可以使用一台等臂机械天平，运用天平的杠杆原理，可以消除左右托盘的自重，实现校准从零点开始。
2.2.2加力方向
微小力值测力仪在校准时，需要进行拉向力和压向力的校准，因此加力方向分为拉向力和压向力。
改造一台等臂机械天平，在校准微小力值拉向力和压向力时，利用天平的杠杆原理，天平托盘施加砝码，通过π型工作台、三维工作台、钩型小铅垂、微小力值测力仪等组合，使标准砝码产生的重力，完全等效的加载到被校准的微小力值测力仪上。其中π型工作台的作用可以避免微小力值测力仪与等臂天平的托盘相接触；三维工作台的作用是工作台沿X轴Y轴移动是为了保证测力仪受力同轴度，沿Z轴移动是为了天平左右平衡；钩型小铅垂，小铅垂端面为半球面，其作用是使其与微小力值测力仪的接头接触良好，消除侧向力并保证受力同轴度。
在校准微小力值测力仪拉向力时，在天平左托盘加砝码，利用等臂天平杠杆原理，使加载到天平左边托盘上砝码产生垂直向下的重力，通过天平等臂横梁、细绳、微小力值测力仪接头，传递到固定在工作平台的测力仪上。
在校准微小力值测力仪压向力时，在天平左托盘加砝码，调节三维工作台，使微小力值测力仪的接头往上顶住钩型小铅垂的球型端面，利用天平杠杆原理，达到平衡。
2.2.3等效加力
改造一台等臂机械天平，在校准微小力值拉向力和压向力时，利用天平杠杆原理，天平托盘施加砝码，通过π型工作台、三维工作台、微小力值测力仪等组合，使标准砝码产生的重力，完全等效的加载到被校准的微小力值测力仪上。
2.2.4同轴度
微小力值测力仪在校准时，需要进行拉向力和压向力的校准，因此同轴度也分为拉向力同轴和压向力同轴。
在拉向力同轴问题上，采用钛合金材料，加工一个轻型支架，支架下方钻一个直径为Φ3mm的小孔，小孔中心线与天平刀口轴线一致。将π型工作台、三维工作台、微小力值测力仪依次固定放置在天平的右托盘上方。用轻质细绳一端通过小孔，与天平右挂钩连接，另外一端与微小力值测力仪的接头连接。在校准微小力值测力仪拉向力时，天平左托盘放置砝码，通过调节三维工作台的X轴、Y轴，使轻质细绳始终处于小孔中心位置，从而保证校准微小力值测力仪时的受力同轴度。
在压向力同轴问题上，将π型工作台、三维工作台、微小力值测力仪依次固定放置在天平的左托盘上方。钩型小铅垂轴心与天平刀口保持一致。在校准微小力值测力仪压向力时，天平左托盘放置砝码，通过调节三维工作台的Z轴，使微小力值测力仪的接头良好接触钩型小铅垂的球型端面，从而保证了校准微小力值压向测力仪的受力同轴度。
2.2.5加力平稳度
利用等臂天平器具本身的工作原理，结合三维工作台的三轴螺纹螺杆传动原理，可以人为的调节，实现加力缓慢、平稳。
3 校准装置的构成
.png)
图1 微小力值测力仪拉向力校准装置 图2 微小力值测力仪压向力校准装置
4 结论
根据多次重复性和复现性的校准试验数据证明：小力值测力仪校准装置的技术指标和稳定性均能满足开展校准工作的要求。小力值测力仪校准装置的研制成功，可以解决2mN～10N微小力值测力仪检定/校准装置的问题，为下一步申请建立国家或国防区域计量标准装置打下了坚实的基础。
参考文献
[1] 国家质量监督检验检疫总局 JJG 144-2007标准测力仪检定规程 2007 中国计量出版社出版
[2] 国家质量监督检验检疫总局《JJG734—2001 力标准机检定规程》2001中国计量出版社出版
[3] 国家质量监督检验检疫总局《JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示》2012中国计量出版社出版