F—物体所受的力 m—物体的质量 a—重力加速度
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第一节 基本概念
在重力场中，地球的引力使物体产生加速度，即产生重
力，因此，可以用已知物体质量在重力场中某处所受到的 重力加速值来测力值，基准测力机就是用具有一定质量的
砝码所产生的重力作用于被检测力仪器(如测力仪)来定度
力值的．当然这种砝码已考虑到重力加速度和空气密度的 影响对其质量进行了修正。
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第一节 基本概念
静力效应测力：通过测量物体的变形量，或与应力相关的
物理效应来测量力值。 F = kL k=力F与变形L的比例系数
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第一节 基本概念
要使一个物体在北京和广州都产生500N的力，它们的质 量各应是多少千克？（物体密度为7850kg/m3，空气密
度为1.2kg/m3）
（1）不考虑空气浮力？
1kg质量的物体产生1m／s2加速度的力。
1N=1kg·1m/s2
在“工程单位制”中，力的计量单位是千克力(kgf)， 千克力是非法定计量单位
1kgf=1kg×9.80665m/s2
1kgf=9.80665N
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第一节 基本概念
二、测力方法 动力效应测力
静力效应测力
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第一节 基本概念
动力效应测力：测量物体的质量及其所获得的加速度，计 算测定力值。F=ma。
式中：m—物体质量； g—物体所在地重力加速度值； ρk—空气密度(一般取ρk=1.2kg／m3) ρf—物体材料密度．
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第一节 基本概念
由于地球各地重力加速度g值不同，所以相同质量的 物体在地球各地所受到的重力F也就不同。如在我国北方
的哈尔滨和南方的广州，同一质量的物体在两地所体现的
重力值可差0.19%。
（2）考虑空气浮力
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第二节 力基准机和力标准机
力基准机和力标准机(也可称为标准测力机)均为固定 式测力设备，它们都是产生力值的装置。力基准机和力 标准机一般有静重式、杠杆式、液压式和I叠加式4种。
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第二节 力基准机和力标准机
静重式 静重式力基、标准测力机都是以已知砝码的重力
直接作为基、标准力值，通过适当机构和程序平稳地
压力表测力原理是通过油管把压力表与工作油缸连接， 设试样受力P，工作活塞有效面积是F，油的压强是P, P=F×p
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第五节 材料试验机
7.电子传感器测力原理
电子传感器测力原理是把力这个物理量变为电量来测量。 把力转化为电量方法很多，如可把力转化为电阻、电感、 电压、电容等来测量。
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量中所用材料试验机主要是用来检测材料力学机械性能 的试验机。
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第五节 材料试验机
1．按试验机的加载方式分类 （1）静载荷试验机：过种试验机是对材料施加平稳而递 增的载荷．直到满足要求为止。它又可分为：拉力试验机、
压力试验机、万能试验机、扭转试验机、蠕变试验机、复
合应力试验机、持久强度试验机、松弛试验机及硬度计等。 （2）动裁荷持试验机：这种试验机是对材料施加冲击、
第五节 材料试验机
双杠杆测力原理
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第五节 材料试验机
2. 摆锤测力原理
正弦摆测力原理
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第五节 材料试验机
正切摆测力原理
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第五节 材料试验机
3. 杠杆摆测力原理
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第五节 材料试验机
4. 液压摆测力原理
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第五节 材料试验机
5. 弹簧测力原理
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第五节 材料试验机
6. 压力表测量原理
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第二节 力基准机和力标准机
液压式
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第二节 力基准机和力标准机
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第二节 力基准机和力标准机
令初负荷 ，S1/S2=K 为液压放大
比，调整平衡重块并使G=W2/K，则式可表达为 F=KW+F0
上式表明，作用在被检测力仪上的力决定于液压
放大比K及所加砝码重量W。
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第三节 标准测力仪
标准测力仪是力值计量中用来传递力值的标准设备，按其 作用它可分为两部分：一部分是作为基准力值与标准力值 之间的传递比对工具的标准仪器，它有0.01级和0.03级两 个级别；另一部分是作为标准力值与一般工作机之间的传 递标准测力仪，它有o.1级、0.3级和0.5级三个级别。在力 值计量中，0.1级标准测力仪用于检定0.5级材料试验机， 0.3级标准测力仪用于检定1级材料试验机，0.5级标准测力 仪用于检定2级材料试验机。
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第二节 力基准机和力标准机
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第二节 力基准机和力标准机
杠杆式
杠杆式力标准机是利用不等臂杠杆将已知砝码重力放 大得到标准力值，平稳地施加到被检定测力仪上，其所复
现的力值F(N)可表达为
F=Kmg(1-ρk/ρf)
式中K是杠杆放大比，即杠杆的长臂与短臂之比．我 国目前这种标准测力机杠杆比有10：1和20：1两种。最 大力值为IMN、300kN和60kN等
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第一节 基本概念
物体A为地球引力场中任意一个 质量为m的物体，它受到重力R 和空气浮力f作用，则物体A受到 的合力F为： F=R-f
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第一节 基本概念
如果重力加速度是g，空气密度是ρ k，物体A是砝码，且其
密度是ρf，所占空间体积是V，则上式可写成： F = R – f =mg - Vρkg = mg- mρkg/ ρf 即： F = mg(1- ρk/ ρf)
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第四节 力传感器
石英晶体压 电效应演示

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的 频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将 30 由于表面漏电而很快泄漏、消失。
第四节 力传感器
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第五节 材料试验机
材料试验机是用于检测材料、物件及产品的力学机
械性能，工艺性能及可靠性等参数的仪器设备，力值计
重复交变或随机动负荷，直到满足要求为止。它又可分为
冲击试验机和疲劳试验机等。
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第五节 材料试验机
2．按测力方式分娄 按测力力式可分为杠杆测力试验机、摆锤测力试验 机、弹簧测力试验机、电子式测力试验机和压力表式测力 试验机等。
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第五节 材料试验机
试验机的测力原理
1、杠杆测力原理
单杠杆测力原理
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第三节 标准测力仪
百分表式标准测力仪 水银箱式标准测力仪 光学式标准测力仪
电阻式标准测力仪
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第四节 力传感器
力传感器将各种力学量转换成电信号的器件。
待 测 量
敏感 元件
中间 量
转换 元件 辅助电源
可用 电量
测量 电路
输 出 电 量
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第四节 力传感器
应变式电阻传感器
R=ρ l/S
第九章 力值计量
• 第一节 基本概念 • 第二节 力基准机和力标准机
• 第三节 标准测力仪
• 第五节 材料试验机
颜幸尧
cjlu_yan@
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第一节 基本概念
一、力的概念
力是使物体产生加速度和变形的原因。 力的三要素：大小、方向和作用点。
力的单位: 牛顿（N）
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第一节 基本概念
在国际单位制中，力的计量单位是牛顿(N)，1N就是使
施加到被检定测力仪上。静重式就是直接加荷式，所 以有时也称为直接加荷式基、标准测力机，它不通过
任何放大机构得到力值，因此，它的基、标准力值就
是砝码所受到的实际重力。
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第二节 力基准机和力标准机
这种机器的不确定度主要取决于砝码质量的不确定度、 安装地点重力加速度不确定度、砝码和空气密度测量不确 定度。 我国所建的力标准机有1MN系列基准机和5MN、 20MN大力值基准机。
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第一节 基本概念
为保证各地力值一致，各地所用砝码的质量要进行
重力加速度和空气浮力影响的修正。上式修改为： ρf g（ρf -ρk）
m=
F
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第一节 基本概念
ρf
例如，在天津
= 0.102045 g（ρf -ρk）
即 m=0.102045F 在天津，要产生1N的力，需要砝码的质量是0.102045kg， 要产生10N的力，需要砝码的质量是1.02045kg
金属丝式应变片 金属应变片 金属箔式应变片 薄膜式应变片
半导体应变片
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第四节 力传感器
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第四节 力传感器
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第四节 力传感器
压阻传感器
单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变 化，这种现象被称为压阻效应。
扩散硅压力传感器
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第四节 力传感器
压电传感器
清代诗人苏履吉赞颂鸣沙的“雷送余音声袅袅，风生细响语喁