如何确保在任何地方使用的牛顿都是相同的？

如何确保在任何地方的力都是相同的

你可以在每一个与机械系统有关的实验室中发现力传感器。力传感器也安装在材料试验机和其他试验机上，记录输入信号并进行控制，以及用于结果评估。

力传感器两种测量原理

基于应变的力传感器包括一个弹性体，并在其中安装有应变片。当力作用其上面时，弹性体产生变形，应变片将变形量转换为电阻变化。通常采用四个应变片组成一个桥路，将电阻变化转换为可测量的电压。在这个过程中，激励电压要始终施加到应变传感器上。

压电传感器在力的作用下晶体将产生电荷。电荷和力之间有一个线性关系。电荷通过相关的电学原理转换成电压信号。

所有力传感器都提供一个包含传感器灵敏度信息的文档。传感器在加载已知的力情况下，通过测量获得输出信号。这个“校准”过程的结果将记录在相关文件中。根据传感器的质量和价格不同，文档将描述最大的力输出值和不同力下的多个测量值。校准是传感器生产中最重要的步骤之一，它决定着力传感器的价值。当然，以后的测量将不会比传感器校准时获得的特征值更精确。

力传感器制造商使用相关的加载装置来精确产生额定力，从而为这些校准测量创造前提。HBM的加载机可提供10N到5MN之间的任何值。

加载装置

加载装置的要求非常严格。例如，基于特定的力值，HBM加载装置的精度为0.005%精度。这些数据不是基于机器所能产生的最大力，而是基于施加的力。因此，在1000N 的力下，如果加载设备的精度为0.005%，则误差为0.05 N。工作原理不同加载装置也会有不同。

用重量法产生较小的力

重量法通常用于产生较小的力，因为它们的质量是精确已知的，要测试的力传感器可以装载它们。这些机器被称为静重式。质量产生的影响取决于特定地理位置上的重力加速度，以及大气层的浮力。浮力取决于质量单位的密度和空气压力。HBM最大试验力静载机为240千牛、德国国家计量研究所(PTB)甚至有2MN力静载机。

这些力加载机的几何形状在载荷下决不能改变，否则力将不再均匀地施加到传感器上。这将导致显著的测量错误。力加载机需要使用非常惰性的化学物质，要确保不能与环境产生反应(例如氧化)。定期检查确保机器不会受到不正确的维护或缺乏清洁(灰尘堆积)产生负面影响。

HBM 25 kN 校准机

液压机用于产生较大的力

通常采集液压装置产生较大的力值。这是特别有用的，否则将需要非常多的砝码，而且极为昂贵。并在测试设备和液压系统之间连接一个非常精密的力传感器。这种精密力传感器是用来确定施加在试验设备上的力。因此，定期检查和校准参考力传感器是非常重要的。

原始千克原件

所有的设备都以最初的原件作为参考，其存储在法国的BIPM (国际计量局) 。其他质量拷贝均是这一千克原件的副本。

如何确保这些加载装置测量正确，从而确保校准始终是可靠的？

重要的是，测量结果是可重复的：这是唯一的方法，确保在一个特定位置的测量结果也可以在另一个位置重现。这意味着必须以同样的方式对力传感器进行校准。在国际比对中，一个特定的作用力也必须总是相同的。这就要求对所有加载机器进行定期检查，即与被认为是准确的测量标准相比较。

国家计量机构负责确保力值在各地都是相同的，这是一个先决条件，并为力值提供了定义。在德国，这是德国国家计量研究所(PTB)负责的。其他所有加载机都必须以它们作为参照。

国际比对

为了确保您使用的牛顿始终是全球共同使用的那个牛顿单位，需要进行国际比对或计量机构之间进行比对。您可以拆除您的加载设备并在其他地方重新安装进行比对是否符合国际测力标准。但我们不推荐采用此方法。因为拆除和安装都需要高度灵敏的测量技术，并且运输也具有很大的风险。

这也是为何要使用转移测量传感器的原因。这些专门设计的传感器都具有极高的可重复性，一般小于0.002%。加载设备需要采用此类传感器和国家标准进行比对，而国际上不同国家标准比对也同样需要此类传感器。