力的测量是一个普遍的工程问题，为测量方便且满足特定的应用条件，研究者提出了不同的测力方法，如利用重力、弹性体变形(包括弹簧秤、扭秤以及弹簧环式测力计)、应变式传感器测量等。测力计的种类很多，包括圆测力计、握力计、压力计等。弹簧秤是测量重力或力的常用工具，弹簧受力后产生与外力相应的变形，在弹性极限内变形量与所受力的大小成正比。称重时，弹簧变形所产生的弹性力与被测物的重力保持平衡，因此，根据变形量的大小测得被测物的重量，进而确定其质量，甚至可以通过力的测量间接测量其他物理量，如万有引力常数[1-2]、物体运动状态等[3]。通常弹簧秤用螺旋弹簧制成，测量时螺旋弹簧在被测物重力作用下被拉伸，当弹簧被拉伸产生的弹性力与被测物重力保持平衡时，指针就在刻度盘上指示被测物的重量值。根据受力特征，弹簧秤可分为压力弹簧秤和拉力弹簧秤。压力弹簧秤的托盘承受的压力等于物体的重力或所受压力，秤盘指针旋转的角度指示所受压力的数值;拉力弹簧秤的下端和一个钩子(或者带有钩子的标尺，标尺封装在外壳内)连在一起，弹簧上端固定在壳顶的环上，将被测物挂在钩上时弹簧就伸长，而固定在弹簧上的指针或标尺随之下降，被测物所受的作用力或重力即为弹簧秤外壳上指针读数(或标尺上露出外壳的最大读数)。

　　1 问题的提出

　　2 理论依据及技术关键

　　3 理论分析

　　4 弹簧秤设计及使用方法

　　5 结语

　　本文设计的高精度大量程弹簧秤除了具备普通弹簧秤的功能外，还具有以下使用优势。一是既提高精度又提高量程，适合于测量比较大的力同时有一定的精度要求;二是间接测量某些体积大、质量超过一般天平量程，不便于用天平或电子秤直接测量的贵重物品，如苗妹头戴银饰物等金属工艺品，这类物品氧化生锈后的质量变化;三是出土文物、贵重药材的称量;四是绘画、雕刻等工艺品的加工前后质量变化，以及实验室某些相似的特殊物体重量或质量的称量等。作为基本称衡仪器，这种弹簧秤结构简单、投产成本低，用普通加工工艺即可实现。弹簧秤加工过程中整体需稳固，弹簧受到拉力时旋转螺帽调节两个弹簧受力，定位要精准，这样可提高设计的实用性。

　　参考文献

　　[1] 涂良成,黎卿,邵成刚,等.万有引力常数G的精确测量[J].中国科学:物理学 力学 天文学, 2011,41(6):691-705.

　　[2] 李继师,胡春艳.中国科学家测量最精确万有引力常数G之浅谈[J].大众科技,2020,22(8):157-159.

　　[3] 张泓筠,潘南红,杨永亮,等.巧用弹簧秤测试匀速直线运动状态[J].物理教师,2017(3):45-47.

　　[4] 郁有文,常健,程继红.传感器原理及工程应用[M].5版.西安:西安电子科技大学出版社,2021.

　　[5] 刘暐,李国琴.传感器原理及应用技术[M].北京:北京理工大学出版社,2019.

　　[6] 张泓筠.组合式高精度弹簧秤:ZL201821830179.3[P]. 2018-11-07.

张泓筠 欧满琳 孟波　凯里学院大数据工程学院