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权一发之微 衡千钧之重
——走进称重和力传感器浙江省工程实验室


称重和力传感器浙江省工程实验室隶属于浙江省计量科学研究院,是在衡器、称重传感器国家型式评价实验室的基础上组建而成,2012年4月被浙江省发改委认定为浙江省工程实验室。实验室主要承担衡器、称重和力传感器等相关产品的国家型式评价、全省力值、扭矩等计量领域的量值传递、量值溯源及相关研究工作。实验室已取得国家法定计量检定机构授权、国家实验室认可及省级计量认证等多项资质,建立并保存了10多项有关力值、扭矩省级最高计量标准,其中力值计量标准的技术指标已达到国际先进水平。实验室立足浙江面向华东开展测力计量的量值传递服务,服务领域覆盖国防建设、基础设施建设、交通运输、冶金、化工、重型装备以及装备制造业等,为国民经济建设提供准确、可靠、一致的量值保障。

实验室具有雄厚的自主研发和计量检测实力,目前拥有20多名高端的专业人才,其中正高级工程师2人,副高级工程师7人,博士1人,硕士6人,OIML-CS下的法制计量专家2人,国家实验室注册评审员、国家注册计量标准考评员和硕士生导师多人,已基本形成计量技术科学研究、计量检测技术服务为一体的多功能计量重点实验室。

力值和扭矩计量检测能力建设

为全面满足浙江省及华东地区对高等级力值校准及传感器检验测试服务的社会需求,实验室于2014年11月正式建立1MN静重式力标准装置。该标准装置可通过计算机软件控制进行全自动测量,实现力值准确复现。装置测量范围10kN到1010kN(大约1吨到101吨),准确度达到十万分之三,承担全省测力、称重类计量设备的量值传递、量值溯源及相关研究工作,检测服务能力覆盖工程建设、航天航空、以及海工装备制造等多个领域:助力宁波柯力传感科技股份有限公司等省内多家知名称重传感器生产企业不断改进产品质量,顺利通过国际认证,走出国门;负责桥梁基桩及相关设备检测,为工程把好质量关,确保了杭州湾跨海大桥跨越天堑,成为世界第三桥梁;运用装置的高准确度大力值测量技术,使浙江省某企业研发航天测力系统时如虎添翼最终助力长征系统火箭成功上天等等。

此外,为解决我国只有国防扭矩计量站建有2万N·m以上扭矩标准机,而大量迫切需要使用扭矩表准机的汽车、船舶动力设备制造企业却没有大扭矩标准装置的困境,实验室自主研制在建120000N.m无砝码扭矩标准装置,不确定度优于0.2%。该标准装置用精密液压力源代替砝码力源,可以大幅降低设备造价,完成后可在汽车、船舶及各国防扭矩计量二级站推广应用。

工程动态力计量能力建设

动态力基于牛顿第二定理测力,至今没有量值溯源图。实验室创新地提出“双重导向技术”,使落锤下落撞击时接近于自由落体运动,既适应多道激光干涉仪测量落锤表面多点加速度,也可在落锤不同位置安装多个加速度计进行测量;提出了“动态力量值溯源关系图”。根据落锤(质量块)不同位置加速度存在明显差异,提出“刚性假设弹性修正计算动态力”。

该标准装置已于2015年通过CNAS认证,测量范围1kN-250kN,目前处于国内乃至世界动态力计量研究领先地位,被广泛应用于航空、航天发动机地面试车、飞行器空间对接试验、军工领域各种火炮、导弹发射过程等动态力值计量。该标准装置在经济建设中开展动态力校准,能较好地解决安全帽检测装置、落锤式弯沉仪冲击力校准以及疲劳试验机循环力、振动压实成型机激振力的量值溯源,如经校准的手持式落锤式弯沉仪在公路、铁路与高铁建设工程中对天然路基承载力评定可实现路基少超挖,对基层、底层承载力快速评定,其中金丽温铁路建设中既控制了工程质量又提高了工作效率,节省投资500万元;如经校准的振动压实成型机用于嘉绍大桥、象山港大桥两个国家重点建设工程中,不仅控制了工程质量而且通过优化级配还节省投资1000余万元。社会效益明显,如宁杭甬高铁、金丽温铁路重点工程中对落锤式弯沉仪校准,嘉绍、象山港大桥重点工程中对振动压实成型机检测,促进了先进工法应用推广。另外创新点“双重导向技术”已被中国航空工业集团北京长城计量测试技术研究所(304)、航天科技集团北京航天计量测试技术研究所(102)采用。

质量与称重计量能力建设

实验室现有自动衡器计量标准测量范围为100mg~116t,检测能力最大覆盖至200t。检衡车车型全,拥有双轴刚性车辆、三轴刚性车辆、四轴铰接车辆和三轴刚性加挂三轴拖车车辆,能适应于不同的轴结构、牵引车/挂车结构、牵引车/挂车连接系统及悬挂系统,能基本覆盖相应衡器的称量范围。浙江省高速公路总长大于4300km,收费站超过353个,实验室承担计重设备年服务工作量约为2300套/次,此外浙江省作为全国的试点,正在推进非现场执法治超,已经在全省范围内安装、布置了几十个测量点,而未来可能在普通公路、桥梁、隧道全面进行布局、建设。实验室技术团队积极与公路局合作,助力浙江省智慧交通安全建设,保障民生。

实验室亦注重自身智慧计量应用发展。针对目前称重计量领域的机器人智能计量应用水平较低,为实现计量的智能化以及机器人的自动检定校准,以质量计量为切入口,拟开展以下项目建设及研究:建立E2高等级砝码质量机器人自动化量值传递系统,并开展相应计量方法研究;开展基于多关节机器人的F2等级及以下砝码量值自动化传递系统研究;开展基于多关节机器人的电子天平智能检定系统研究;开展机器视觉在样品数值显示提取,样品识别及引导定位方面研究;开展物联网技术在计量领域的应用研究,实现标准装置、样品设备、环境监控设备、计算机数据库、机器人联网,实现智慧计量。目前,此项目以“基于机器人及物联网技术的智慧计量实验室系统建设及研究”为题通过了省质监局NQI项目申报。

(信息来源 浙江省计量院)

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