失重，是指物体在引力场中自由运动时有质量而不表现重量的一种状态，又称零重力。失重有时泛指零重力和微重力环境。失重是空间飞行环境的重要环境因素之一。判断物体是否失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。失重对人体有不好的影响。

由于在地球上的人类经过演化，已经适应了重力条件下的生活，所以失重条件下会产生骨质疏松等病症。食物要做成牙膏状，吸入口中，以免食物残渣到处漂浮，残渣吸入鼻中或落在仪器上都会产生不良影响。

主要现象

定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象称为失重（weightlessness）现象。

但是航空器在轨道上的失重不是重力消失或大幅度减小的结果（事实上，在100KM高度上，地球重力仅仅比地球表面减少大约3%）。失重现象主要发生在轨道上或太空内或在其他一些不正常情况下的（远离星球或大重量物体）处于引力平衡点的零重力的环境下，这种现象应被称为完全失重。物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象叫失重（假如说地球重力消失了，那么人只要轻轻一跳将会向着一个方向永远飞行下去）。

影片《卧虎藏龙》中大侠们“腾云驾雾，飞檐走壁”的绝技在太空飞行中可是易如反掌，你只要轻轻一点脚，人就会腾空而起，在空中自由的飞来飞去，本领之大，超过人们的想象。以上这种现象常被人误以为是失重现象，这种现象应被称为似微重力现象。

绕行轨道时的向心加速度由重力加速度提供，因此圆周运动的太空船所受合力提供了太空船做圆周运动的向心力。而每个时间点的瞬时加速度，都将指向地球中心。在外太空，太空人和太空船里每一件物件受到地心引力，都以同样的速度绕地球运动，所以在太空中会呈现失重状态，所有的物质都无法测出重量的。

失重特征

判断物体是否完全失重一个最重要的标志是，物体内部各部分、各质点之间没有相互作用力，即没有拉、压、剪切等任何应力。

人体失重

平衡是我们最常见的物体的一种运动状态。但是，力的平衡与失重完全是两回事。例如，人站在地上，坐在椅子上，躺在床上，乘坐飞机等速飞行等，都是处于力的平衡状态，但并不失重。因为在这些情况下，人体内部各部分之间都存在相互的作用力。真正的失重模拟，应使人体各部分特别是体内器官、内脏之间互相作用力消失。

在这种情况下，人的前庭器官中的耳石由于失重，不再与周围的神经细胞接触而向中枢神经传输信号，从而丧失定向功能。前庭器官与人体主管呼吸、消化、循环、排泄、发汗等功能的植物神经系统有密切关系。所以，一旦前庭器官不起作用，身体内脏之间正常的相互作用消失，就会引起航天飞行员产生头晕恶心、呕吐等症状。

在过去三十多年太空飞行中，苏俄和美国的科学家收集了一些初步的数据。这些数据显示，失重对内分泌、红白血球的产量、内耳平衡器官及骨质的疏松，都有一定程度的影响，但最明显的生理失重状况，莫过于太空失水及其引起的一些症状，如太空贫血、内分泌降低、双腿肌肉萎缩等。失重还会引起骨骼失钙的后果，与上了年纪的骨质疏松症(osteoporosis)极为相似。

在微重力物理、化学科学方面也有了长足的进展。大量收集了在失重下燃烧、材料、流体方面的数据。在蛋白质晶体生长方面更有突破性的进展。每次太空飞行都带着上百个蛋白质结晶实验，这对人类的医学方面贡献是极为巨大的。

完全失重与微重力

完全失重是一种理想的情况，在实际的航天飞行中，航天器除受引力作用外，不时还会受到一些非引力的外力作用。例如，在地球附近有残余大气的阻力，太阳光的压力，进入有大气的行星时也有大气对它的作用力。根据牛顿第二定律，力对物体作用的结果，是使物体获得加速度。航天器在引力场中飞行时，受到的非引力的力一般都很小，产生的加速度也很小。这种非引力加速度通常只有地面重力加速度的万分之一或更小。

为了与正常的重力对比，就把这种微加速度现象叫做“微重力”。其实，航天器即使只受到引力作用，它的内部实际上也存在微重力，这是因为航天器不是一个质点，而是具有一定尺寸的物体。人们常用10^-6－10^-4g来表示航天器中微重力的水平。微重力越小，失重越完全。总之，完全失重状态只是理想状态，微重力才是实际情况。

完全失重的定量分析：

当a=g时，支持力为N，由牛顿第二定律知：

mg－N=ma=mg

所以N=0

由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力为0

失重公式

由牛顿第二定律得：N+ma=mg

所以N=m（g-a）

由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力

完全失重的定量分析：

当a=g时，支持力为N，由牛顿第二定律知：

mg－N=ma=mg 所以N=0

由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力为0

得出结论：向下加速向上减速：加速度方向向下，产生失重现象

故只要加速度方向向下就是失重，与速度方向无关。

太空失重

在环绕地球飞行的飞船上，失重的原因是g=向心加速度，当速度达到第一宇宙速度能够环绕地球飞行时，发生这种失重，如果我们把地球比作环绕太阳飞行的飞船，我们也是处于相对太阳的“失重”状态，因为地球万物没有受到太阳“重力”的影响。

主要应用

连续式

1．传统使用的连续式计量方法

在如建材、粮油、矿山等散状物料计量或在线控制配料时，有很多种方法。比较典型的有：皮带秤类、冲板流量计类、核子秤类、圆盘给料秤类。这些计量形式各有特点，但是局限性很大，受设备机械变化影响大，精度不高，安装调校烦琐，维护量大。

皮带秤工艺介绍，流程：皮带秤将单位面积（称重段）上受到的负荷信号与变化速度（皮带转速）信号进行积分运算得出流量值，以此作为可控制的对象。

注：通过控制拖拉式皮带转速，改变拖出的物料量，物料经给料溜槽的出料口整形后，其厚度稳定均匀，无论皮带机转速大小，皮带上的负荷都是恒定的。与其它给料方式相比，该方式计量与控制精度效果较好。

连续式计量方法在连续搅拌设备上使用现状

连续式搅拌设备包括：稳定土厂拌设备，水泥连续式搅拌设备，沥青连续式搅拌设备。就计量精度而言，这些设备不能与间歇式相提并论。因此，连续式搅拌方法受不到广大用户的青睐，也是原因之一。科学分析可以说明，这两种计量方法决定的搅拌工艺都有其适用的场合，不能由于暂时的技术限制而影响连续式搅拌的应用。

我国连续式搅拌设备均采用容积法或皮带秤/螺旋秤两类来计量，七十年代从欧洲引进开发连续搅拌工艺至今，一直如此，始终未有突破。事实上，这两种计量方法在欧洲使用能够作到高精度，例如德国申克（Schenck）的皮带配料秤，动态配料精度达到2%。而在中国却不行，原因在于受到我国机械制造及材料等基础工业的制约。目前我国用于公路行业的皮带秤计量精度一般只能达到5%左右，与容积计量相差无几，长期稳定性较差。

差分减量秤

连续称重的革命——差分减量（失重）秤

失重秤（英文Loss-in-weight）是九十年代开始应用于工业过程称重连续计量的。失重秤逐渐替代皮带秤、螺旋秤，甚至累加秤，作为一种全新的计量方法，逐渐应用到越来越多物料处理。

1．基本原理：

将秤量斗及给料机构作为整个秤体，通过仪表或上位机不停对秤体进行重量信号的采样，计算出重量在单位时间的变化比率作为瞬时流量，再通过各种软硬件的滤波技术处理，得出可以作为控制对象的“实际流量”。

这个流量的获取非常重要，是失重秤能否准确计量的基础。图中介绍的是一种经典的方法：然后FC通过PID反馈算法，进行逼近目标流量的控制运算，输出调节信号去控制变频器等给料机控制器。

2．差分减量秤（失重秤）在实际中的应用：

从原理上可以看出它不受秤体与给料机构的机械变化影响，它只是计算重量差值（差重），与传统动态计量手段相比，其优点是不言而喻的。

对于控制对象为流量（t/h ,kg/min ），而且物料可输送性好，计量精度要求高时，采用失重法计量可以作为一种最佳方案。

3．失重秤设计必须注意的事项，影响精度的因素：

失重秤兼有静态秤、动态秤特点，因此，在设计系统时，要求：

正确的输送率范围，一般实际工作范围为额定输送量的60%~70%最佳。若采用交流调速，对应变频率为35-40Hz最佳。这样保证调节范围宽。还由于在输送率过低时，系统稳定性差。传感器量程选用适当，按公式

也就是说，传感器也用到其量程的60%~70%，信号变化范围宽，对提高精度极为有利。

机械结构设计要确保物料流动性好，同时保证补料时间短，补料不应过于频繁，一般要求5-10分钟补一次料。

配套传动系统要保证运行平稳，线性好。

4．应用前景：

随着电子控制技术的飞速发展，失重秤通过采用新的技术，在计量精度上由0.3%~0.5%。而提高到0.1%~0.2%，甚至到超过静态秤，这一新技术的核心即数字式称重传感器的应用。

数字式

称量传感器的应用

为了适应动态测量的需要，在称重系统中作为系统输入端的传感器至关重要。特别在需要智能化的场合,传感器的直接或间接数安化已必不可少，此时测量不确定度和测量速度往往是一对矛盾,两者很难兼得，而需根据实际情况作折衷选择。在称重领域,我国大量生产和应用的都是传统的模拟式传感器，模拟信号的输小。

以生产量最大、采用电阻应变原理的称重传感器为例，一般最大输出为30-40mV。故其信号易受射频干扰，电缆传输距离也短，通常在10m以内。在使用多个传感器并联的容器称重系统（料斗秤式配料秤）、平台称重系统或秤桥（汽车衡或轨道衡）中，利用数字系统可实现“自校准”。

这是因为多通道的数字传感器系统，不存在阻抗匹配问题。用户输入各传感器的地址、秤量和灵敏度，即可自动进行秤的“四角”或“边角”平衡，不必一次次地反复调整信。而在模拟系统中多个传感器关联接线后，每个传感器的特性就不再是可辨别的了，校准时需在每一个传感器上施加砝码并利用接线盒中的分压器进行调整。

由于调整时存在着交互作用，因而反复多次。在数字系统中，则允许分别复核作为单体的每一个传感器。因此，校准装有数字传感器系统的所有花费的时间，仅为模拟系统的1/4。

利用数字系统可以实现“自诊断”，即诊断程序连续地检查各传感器信号是否中断、输出是否明显超出范围等。若有问题，在仪表或控制器面板上会自动显示或报警，用户利用面板上的键即可寻找各个传感器，独立地确定问题原因并进行故障排除。这种直觉诊断和故障排除能力，对用户显然是一种重要优点，而在模拟传感器系统中则是很难忘以低成本实现的。

在称重领域中，典型模拟传感器系统的模数变换器的分辨力为16比特，即有50000个可用计数；而数字系统中每一个传感器的分辨率为20比特，即有1000000个可用计数。所以，一个装有4个数字传感器的系统即可提供4000000个计数的分辨率。这种高分辨率的优点，特别适用于秤架自重大而被称物重量小的场合。例如：在配料称重系统中，有时配方中某种物料仅占很小比例，但准确度要求却仍然很高。这在传统的模拟系统中同样是很难实现的。

1．国内外应用的现状（在水泥厂、冶金、塑料、化纤等行业取得）

许多行业有丰富应用失重秤的经验。如：水泥厂配料。在工程塑料、化纤、光纤等等众多行业已广泛普及。有些行业由于采用了连续失重计量，可以保证落料按比例混合，而弱化搅拌需要，简化了工艺。国外发达国家这一产品很成熟，如德国申克公司，布达本拉（brabender），瑞士开创（ktron）公司，技术处于国际最领先地位。

其中开创公司由于采取了数字传感器技术动态精度可达0.25%。以工业过程称重而言，已经达到静态秤精度。在连续式搅拌机械上的应用及前景影响：由于国内连续式搅拌设备计量停留在传统的方法上，因此，推广失重秤应用前景将十分广阔，对稳定土厂拌、水泥连续搅拌、沥青连续搅拌工艺起到革命性的改变，对流量的精准控制将会制造出非常合格理想的混合料。

由于连续式拌和工艺结构简单，维护费用低，因此一旦在产品级配上把好关，将彻底改变连续式拌和的市场占有低的现状。特别是公路、水电行业所需的高产设备，具有重大意义。

赛摩失重秤过静态秤称量完整的给料系统（料仓、给料机和散状物料）及通过变速电机或电振机控制散关物料的卸料流量。物料（通过螺旋、振动管或槽）从系统卸下，将按每个单位时间(dv/dt)测量的"失重"与所需给料量(预设值)进行比较，实际(测量)的流量与期望的(预设)流量之间的差异会通过给料控制器(MT2104)发生纠正信号，该控制器能自动调节给料速度，从而在没有过程滞后的情况下保持精确的给料量。

当料仓中测量的重量达到料仓低料位（重新加料）时，控制器将给料系统按容积给料进行控制，然后料仓快速重新装料（手动或自动），失重控制器重新动作。在批称量失重系统中，设计与连续失重系统相似，然而，给料(批量)循环最终重量的精度要比实际的给料量控制更高。6104控制器通过向变速驱动器提供高给料信号以完成快速给料，然后转换到低给料控制信号用于在批量结束时精确控制。

宇宙开发

人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机进入轨道后，其中的人和物将处于失重状态．人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，可以认为是绕地球做圆周运动，做圆周运动的物体，速度的方向是时刻改变的，因而具有加速度，它的大小等于卫星所在高度处重力加速度的大小，这跟在以重力加速度下降的升降机中发生的情况类似，航天器中的人和物都处于完全失重状态。

你能够想象出完全失重的条件下会发生什么现象吗?你设想地球上一旦重力消失，会发生什么现象，在宇宙飞船中就会发生什么现象．物体将飘在空中，液滴呈绝对球形，气泡在液体中将不上浮．宇航员站着睡觉和躺着睡觉一样舒服，走路务必小心，稍有不慎，将会“上不着天，下不着地”．食物要做成块状或牙膏似的糊状，以免食物的碎渣“漂浮”在空中进入宇航员的眼睛、鼻孔。你还可以继续发挥你的想象力，举出更多的现象来。

你还可以再想一想，人类能够利用失重的条件做些什么吗?下面举几个事例，将会帮助你思考．这里所举的事例，虽然还没有完全实现，但科学家们正在努力探索，也许不久的将来就会实现．

在失重条件下，融化了的金属的液滴，形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠．而在地面上,用现代技术制成的滚珠，并不绝对呈球形，这是造成轴承磨损的重要原因之一。

玻璃纤维(一种很细的玻璃丝，直径为几十微米)是现代光纤通信的主要部件．在地面上，不可能制造很长的玻璃纤维，因为没等到液态的玻璃丝凝固，由于它受到重力，将被拉成小段．而在太空的轨道上，将可以制造出几百米长的玻璃纤维。

在太空的轨道上，可以制成一种新的泡沫材料枣泡沫金属．在失重条件下，在液态的金属中通以气体，气泡将不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样可以制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼，又轻又结实。

同样的道理，在失重条件下，混合物可以均匀地混合，由此可以制成地面上不能得到的特种合金。

电子工业、化学工业、核工业等部门，对高纯度材料的需要不断增加，其纯度要求为“6个9”至“8个9”，即99．9999%～99．999999%．在地面上，冶炼金属需在容器内进行，总会有一些容器的微量元素掺入到被冶炼的金属中．而在太空中的“悬浮冶炼”，是在失重条件下进行的，不需要用容器，消除了容器对材料的污染，可获得纯度极高的产品。

在电子技术中所用的晶体，在地面上生产时，由于受重力影响，晶体的大小受到限制，而且要受到容器的污染，在失重条件下，晶体的生产是均匀的，生产出来的晶体也要大得多．在不久的将来，如能在太空建立起工厂，生产出砷化镓的纯晶体，它要比现有的硅晶体优越得多，将会引起电子技术的重大突破。

漂浮

没有翅膀的鱼和蚂蚁竟然可以优哉游哉地飘浮在空中，这可不是魔术表演的现场，也不是在模拟太空失重环境，而是发生在西北工业大学实验室的真实一幕。主持这项实验的解文军是西北工业大学的材料物理学家，当然科学家们并非故意在和这些小动物开玩笑，而是在进行一项声悬浮研究。普通物体和动物由于自身的重力作用，如果不借助外力不可能克服地心引力，自由飘浮在空中。

当然也有例外，宇航员在太空中也体验过失重的感觉，可以悬浮在空中。这是因为宇航员搭乘的航天器，运动轨迹处在两个天体的引力平衡点上，比如地球和月球的引力互相抵消，这时航天器就处在失重环境中，重力为零，自然就能飘起来了。这些飘浮在空中的鱼和蚂蚁难道也是因为科学家通过特殊手段为它们营造出了一个失重环境吗？“鱼和蚂蚁的飘浮不是一种失重现象。”失重的猜测马上遭到了解文军的否定，看来答案并非如此简单。如果鱼和蚂蚁依然没有逃脱自身重力的作用，从力的平衡角度考虑，必定有一个来自外部的力量帮助它们克服了重力，最终实现飘浮。

这个我们看不到的力量到底来自哪里呢解文军告诉我们，实际上他们只是巧妙利用了声波。在实验中，上面的声发射端发出声波，声波抵达下端的声反射端后被反射回来，反射回来的声波与继续向反射端传播的声波重叠，如此就形成了驻波，驻波不会像声波一样向前运动，只是在原地上下振动，振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。只要把鱼和蚂蚁等小动物放到波节处，它们也就静止不动了。

进行实验时，只要先调节好反射端到发射端之间的距离，波节位置就是固定的，这时只要用镊子将蚂蚁、瓢虫和小鱼等小动物放在这个位置就可以了。飘浮在空中的时候，这些动物都显得比较紧张，蚂蚁手舞足蹈地企图四处游走，瓢虫也使劲拍打着翅膀，似乎想飞走。但是它们的身体并没有受到伤害，不过小鱼的活力显然受到了一些影响，因为离开了有水的环境，所以当小鱼飘浮在空中的时候，解文军还在一旁不停地给小鱼进行“淋浴”。

事实上，早在2002年，解文军和同事就曾经利用声波悬浮起了固体铱和液体汞。从2003年起，他们开始关注有生命物体的声悬浮。那么，如果声波达到一定强度，是否有可能将人也悬浮起来呢？解文军说，实验证明，声悬浮原则上可以悬浮起一定体积的任何固体和液体，他们实验中悬浮的动物有地上爬的、水中游的以及天上飞的，但是小动物的尺寸都不超过1厘米。这是因为，声悬浮的原理决定了悬浮物体的尺寸必须小于半波长。

对超声波段，可以悬浮的物体尺寸不超过1厘米。还没有看到能够悬浮像人这么大尺寸的物体的声悬浮器将活着的动物悬浮起来的实验国外也有科学家进行过尝试。1997年，荷兰奈梅亨大学的物理学家安德烈。杰姆和英国布里斯托尔大学的麦克尔·贝利爵士，曾经使用磁石使青蛙飘浮起来。他们利用一块超导磁石将一只活着的青蛙飘浮在半空中。

青蛙本身是一个非磁体，但是通过电磁石的磁场而变得有磁性。除此之外，超导体也会因为它们对磁场的排斥力而自动浮起。这一原理已在日本得到验证，1996年日本在磁场悬浮实验中，利用一个金属盘子将体重为142公斤的相扑运动员悬起。相同的原理也被用于研制磁悬浮列车，尽管使用的磁悬浮列车多用电磁场来实现，但它们的原理是一致的。