標(biāo)準(zhǔn)砝碼的計(jì)量三影響因素 0——引言
隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)量學(xué)領(lǐng)域的長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量、電流、溫度、光度、物質(zhì)量等七個(gè)基本際單位中，六個(gè)基準(zhǔn)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用微觀量來重新定義，如用銫原子的振動(dòng)頻率來定義“s”，用光在真空中的行距離來定義“m”，等。用這些微觀量行的重新定義不僅準(zhǔn)確度比實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且可以復(fù)現(xiàn)，穩(wěn)定性高。但只有質(zhì)量單位“kg”仍沿用傳統(tǒng)的砝碼原器作為實(shí)物基準(zhǔn)，質(zhì)量計(jì)量方面更加值得努力探索。在涉及貿(mào)易結(jié)算中，砝碼是最重要的實(shí)物量具，其質(zhì)量的與否關(guān)系到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、醫(yī)藥衛(wèi)生以及人們的日常生活等方方面面。實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度、振動(dòng)、氣壓、標(biāo)準(zhǔn)砝碼清潔度及磁性都會(huì)影響砝碼計(jì)量的準(zhǔn)確性。下文主要從空氣浮力、磁力和表面吸附三方面因素來闡述對(duì)砝碼質(zhì)量計(jì)量產(chǎn)生的影響。 1——空氣浮力
在標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量計(jì)量中，其體積值需要準(zhǔn)確測(cè)量，以便行砝碼質(zhì)量值的浮力修正。根據(jù)阿基米德原理，物體所受浮力等于排開氣體的質(zhì)量，目前測(cè)量砝碼體積川的方法主要有兩種:液體靜力法和聲學(xué)測(cè)量法。液體靜力法具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，但也存在，溯源至純水的密度，--級(jí)純水較難保存，液體密度的穩(wěn)定性也難以控制，測(cè)量過程復(fù)雜，需要清洗砝碼，效率低下。非接觸式聲學(xué)測(cè)體積法測(cè)量快速、無污染，利用正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)相位相反的兩個(gè)聲壓信號(hào)，并基于氣體壓縮定律的原理來設(shè)計(jì)完成。溫度還會(huì)導(dǎo)致金屬熱脹冷縮，使得體積發(fā)生略微的變化。 壓縮系數(shù)Z從潮濕空氣的維里系數(shù)導(dǎo)出:Z=1-P[a0 +a1+a.2 +(b+b2)x.p2+(Co +q1)x3]+z(d +ex?)(6)式中: ao、a、a2、bo、b、b2、Co、C1、do、e常數(shù)在空氣密度近似公式中，CO2含量參數(shù)被忽略不計(jì)，如增加CO2含量參數(shù)的測(cè)量，對(duì)提高空氣密度計(jì)算的精度是非常重要的。 2——磁力
在砝碼計(jì)量領(lǐng)域，電子天平和質(zhì)量比較儀已經(jīng)獲得了越來越廣泛應(yīng)用，而其原理采用電磁力補(bǔ)償原理，稱量過程中砝碼與天平的磁缸及線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)泄露不可避免地會(huì)產(chǎn)生相互作用力，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。砝碼磁性通過磁化率(2]和極化度來描述。磁化率反映砝碼材料本身對(duì)周圍磁場(chǎng)的種反應(yīng)能力，磁化度是表述砝碼在沒有外界磁場(chǎng)時(shí)磁性狀態(tài)的參數(shù)。磁性和砝碼高度、半徑、砝碼底部到磁鐵中心距離、砝碼部到磁鐵中心距離、當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?、磁鐵磁矩的模、當(dāng)?shù)氐呢Q直向地磁場(chǎng)磁感應(yīng)度分量、材料、表面狀況、密度都有直接關(guān)系。1+Zo3Ia;(Zo,r,h)=(-1)*{1-(，-)4.ntpZo +h[1+(-a;取決于砝碼形狀，取+1; h; 為砝碼高; r;為砝碼半徑。磁化率只要遵循際建議OIMLR111-1(2004)和際慣例，即可砝碼質(zhì)量值的準(zhǔn)確可靠。 3——表面吸附放在空氣中的砝碼，它的表面會(huì)吸附-定厚度的水分子層，空氣中水蒸氣的分子有-部分被吸附在碼表面上，并形成-層“水膜”，“水膜” 的厚度與物體表面性質(zhì)、環(huán)境溫度有相當(dāng)?shù)年P(guān)系，表面越粗糙、溫差越，吸附“水膜”的厚度越。干燥的環(huán)境和穩(wěn)定的溫度對(duì)砝碼測(cè)量都至關(guān)重要。有證據(jù)表明，保存在際計(jì)量局的鉑銥合金砝碼原器，由于表面吸附物的影響，其真實(shí)質(zhì)量不斷隨著歲月而發(fā)生變化，累計(jì)的誤差已達(dá)到10-8 量級(jí)。利用X射線光電波譜儀、Auger電子顯微鏡、橢圓 測(cè)量過程中磁力會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，這種力在質(zhì)量測(cè)量中無法與重力相區(qū)別。磁力可以引起兩個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的相互作用，也可引起質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量中使用的衡器儀器與周圍相近的其他磁性物體之間的相互作用。般通過磁化率計(jì)測(cè)量磁化率和磁化度，測(cè)量原理是通過放置在天平秤盤上的磁鐵與其上方的砝碼會(huì)產(chǎn)生磁性作用力的測(cè)量，得到磁力值。市場(chǎng)上主要有梅特勒的YSZ型磁化率計(jì)和賽多利斯UMX型磁化率計(jì)，均依照R111建議的測(cè)量原理來行的。 磁化率計(jì)算公式為-(Om + Om2)g(7)X =-3m2I。x--x10- + 0.4(Om + Am2 )g8Z式中: Am-磁體北極向下時(shí)，磁體與砝碼作用力引起的讀數(shù)變化;△m2-磁體北極向上時(shí)，磁體與砝碼作用力引起的讀數(shù)變化;
Zo - - 砝碼底部到磁體中心的距離;ma-磁體的磁矩;
g-重力加速度值;Ia-幾何修正因子偏振儀等設(shè)備對(duì)砝碼表面行觀察，可以研究清洗工藝、表面吸附與污染對(duì)砝碼質(zhì)量產(chǎn)生的影響。 4——結(jié)語
標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的準(zhǔn)確性，是計(jì)量檢定工作得以順利展開的關(guān)鍵因素，隨著計(jì)量?jī)x器設(shè)備的技術(shù)性突破，以及計(jì)量理論知識(shí)的不斷創(chuàng)新，關(guān)于影響砝碼質(zhì)量的各種因素有了更深入的研究，對(duì)步提高計(jì)量檢定的質(zhì)量有裨益。  |
