三分之一计量原则

•衡器计量培训讲义

第一章概述

一、衡器的概念

国际法制计量组织（OIML）1992年公布的衡器的定义为：“利用作用在物体上的重力来确定该物体质量的计量仪器（该仪器也可用来确定作为质量函数的其它量值、数值、参数或特征）称之为衡器”。根据国家标准GB/T14250—1993对衡器的定义：“利用作用在物体上的重力等各种称量原理，确定质量或作为质量函数的其它量值、数值、参数或特征的一种计量仪器”。

二、衡器的发展简史

衡器名称由来可溯源于“度量衡”一词。所谓“度量衡”，通常是指：用各种尺子测量物体的长短，称之为“度”；用各种容器（斗、升和量杯等）测量物体的容积称之为“量”；用各种秤测量物体的质量称之为“衡”。据《辞海》解释：“测长短之器度；测大小之器为量；测轻重之器为衡”。这里的“衡”

就是指衡器。

第二章衡器计量基础知识

第一节质量和重量

一、质量

衡器计量的对象是物体或物质的质量，衡器计量类属质量计量。质量是自然界中最基本、最主要、最常用的一个物理量，质量的计量单位“千克”上国际单位制SI中7个基本单位之一。清楚地了解质量的概念是衡器计量的最基本要求。

（一）引力质量

引力质量的理论依据是牛顿万有引力场的源泉，都能产生引力场，同时也都受到别的物体产生的引力场的作用。物体的这一属性称为引力质量，它是通过著名的牛顿万有引力定律表现出来的。

不考虑物体几何形状和体积大小而将其质量集中于一点的物体称为质点，则牛顿万有引力定律告诉我们：具有质量分别为m1和m2且相隔距离的R的任意两个质点之间的力，是沿着连接该两质点的直线而作用的吸引力。其大小为

F=G （1—1）

式中：m1,m2——分别为质点（物体）1和质点（物体）2的引力质量（kg）；

R——为两质点间的距离（m）；

G——比例系数（万有引力常数），G=6.6720×10 Nm /kg ；

F——两质点间的相互引力（N）。

需要说明的是万有引力F是个矢量，两个质点之间的引力是一对作用力和反作用力。若假定质点1对质点2的引力方向为正，则质点2对质点1的引力方向为负。即两个物体间的引力大小相等，方向相反。

式（1—1）说明，两质点间万有引力大小与它们质量乘积成正比。由此可以看出，引力质量是质点间引力大小的量度。式（1—1）是对两个质点而言的。如果要确定有一定大小的物体（而不是质点）之间的引力时，就要将每个物体分成许多个质点，然后用积分计算所有质点之间的引力。

但假如两物体的大小同它们之间的距离相比微不足道时（比如地球和太阳），则它们通常就可以被看做上质点。

万有引力定律无形中还包含这样一个事实，即两质点之间的引力大小与其它物体的存在或所在空间的性质无关。

绝大多数衡器计量所得被测物体的质量为引力质量。

（二）惯性质量

惯性质量的理论依据是牛顿第二定律。

在日常生活中人们发现，运动员在赛跑时，要从疾跑中停下来需要一定的时间，这是因为物体具有惯性。另外，用同样大小的力作用于不同物体时，会产生不同的效果。比如，一个人推动一辆自行车非常容易，要想推动一辆汽车显得非常难，这个例子给我们一个定性回答，即同样的力施加在不同的物体上所产生的加速度不相同，这是因为它们的质量不同。牛顿第二定律解释了上述现象。力、加速度和质量之间的关系为

F=ma （1—2）

式中：F——物体所受的合外力（N）；

a——物体受力后所获得的加速度（m/s ）；

m——物体的质量，即惯性质量（kg）。

由式（1—2）可见，在惯性系统中，物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与该物体的惯性质量成反比。

物体质量是物体的一种属性，对于不同质量的物体，在相同外力作用下，质量大的物体所产生的加速度小；反之，质量小的物体所产生的加速度大。或者说质量小的物体惯性小，质量大的物体惯性越大。惯性质量描述了物体惯性大小的量度。

（三）质量的定义

引力质量和惯性质量是从不同的物理现象引入的，因而从概念上讲是不同的。大量的科学实验证明，在实验的准确度范围内，任何物体的引力质量的量值和其惯性质量的量值都相等，只是它们反映了同一物体的两种不同的属性。因此，在我们的实际生活和工作中也就没有必要严格区分物体的质量究竟是引力质量还是惯性质量，而统称为质量。从而得出质量的定义：质量是物体固有的一种物理属性，它既是物体惯性大小的量度，又是物体产生引力大小的量度。

质量的计量单位是千克，符号是kg，它等于国际千克原器的质量。国际千克原器保存在法国巴黎国际计量局，它用90%铂和10%铱的铂铱合金制成，几何形状是高和直径均为39mm的圆柱体。国际千克原器是国际单位制中7个SI基本单位中，惟一仍在使用的实物基准。

质量的特点：质量是物体固有的一种属性，对确定的物体其质量值是一个恒定不变的标量。

二、重量、重力

物体的重量就是物体重力的大小，数值等于质量值与重力加速度值的乘积。

（一）重力

根据牛顿万有引力定律，位于地球表面及其附近的任何物体，都要受到来自地球中心的引力作用。此外，由于地球在不停地自转，除两极外，这些物体还要受到惯性离心力的作用，两者的矢量和就是物体所受的重力。物体的重力就是地球对物体的万有引力与该物体随地球自转而引起的作用在物体上的惯性离心力的矢量和。

物体在重力场中受重力作用。根据牛顿第二定律可知，自由下落的物体在重力场作用下必将获得加速度，我们通常把这个加速度称为重力加速度。如果物体的重力加速度和物体的质量已知，我们就可以通过牛顿第二定律求出物体的重力。其数学表达式为

W=mg

式中：W——物体的重力；

m——物体的质量；

g——重力加速度。

重力是一种力，因此它具有力的三要素，即力的大小、方向及作用点。物体的重力方向与加速度方向相同，总是垂直于地面。

（二）重量的概念

物体所受重力的大小称不重量。因此物体的重量等于物体的质量乘以重力加速度，即

W=mg

式中：W——物体的重力（N）；