標準砝碼的計量三影響因素 0——引言
隨著科技的不斷發(fā)展，計量學領(lǐng)域的長度、時間、質(zhì)量、電流、溫度、光度、物質(zhì)量等七個基本際單位中，六個基準都已經(jīng)實現(xiàn)了用微觀量來重新定義，如用銫原子的振動頻率來定義“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確度比實物計量基準高出幾個數(shù)量級，而且可以復現(xiàn)，穩(wěn)定性高。但只有質(zhì)量單位“kg”仍沿用傳統(tǒng)的砝碼原器作為實物基準，質(zhì)量計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。實驗室的溫度、濕度、振動、氣壓、標準砝碼清潔度及磁性都會影響砝碼計量的準確性。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砝碼質(zhì)量計量產(chǎn)生的影響。 1——空氣浮力
在標準砝碼質(zhì)量計量中，其體積值需要準確測量，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，目前測量砝碼體積川的方法主要有兩種:液體靜力法和聲學測量法。液體靜力法具有較高的測量準確度，但也存在，溯源至純水的密度，--級純水較難保存，液體密度的穩(wěn)定性也難以控制，測量過程復雜，需要清洗砝碼，效率低下。非接觸式聲學測體積法測量快速、無污染，利用正弦信號驅(qū)動相位相反的兩個聲壓信號，并基于氣體壓縮定律的原理來設計完成。溫度還會導致金屬熱脹冷縮，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，如增加CO2含量參數(shù)的測量，對提高空氣密度計算的精度是非常重要的。 2——磁力
在砝碼計量領(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用，而其原理采用電磁力補償原理，稱量過程中砝碼與天平的磁缸及線圈產(chǎn)生的磁場泄露不可避免地會產(chǎn)生相互作用力，影響結(jié)果的準確性。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周圍磁場的種反應能力，磁化度是表述砝碼在沒有外界磁場時磁性狀態(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?shù)氐闹亓铀俣戎?、磁鐵磁矩的模、當?shù)氐呢Q直向地磁場磁感應度分量、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)量值的準確可靠。 3——表面吸附放在空氣中的砝碼，它的表面會吸附-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?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)定的溫度對砝碼測量都至關(guān)重要。有證據(jù)表明，保存在際計量局的鉑銥合金砝碼原器，由于表面吸附物的影響，其真實質(zhì)量不斷隨著歲月而發(fā)生變化，累計的誤差已達到10-8 量級。利用X射線光電波譜儀、Auger電子顯微鏡、橢圓 測量過程中磁力會產(chǎn)生負面的影響，這種力在質(zhì)量測量中無法與重力相區(qū)別。磁力可以引起兩個質(zhì)量標準之間的相互作用，也可引起質(zhì)量標準或測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。般通過磁化率計測量磁化率和磁化度，測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產(chǎn)生磁性作用力的測量，得到磁力值。市場上主要有梅特勒的YSZ型磁化率計和賽多利斯UMX型磁化率計，均依照R111建議的測量原理來行的。 磁化率計算公式為-(Om + Om2)g(7)X =-3m2I。x--x10- + 0.4(Om + Am2 )g8Z式中: Am-磁體北極向下時，磁體與砝碼作用力引起的讀數(shù)變化;△m2-磁體北極向上時，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備對砝碼表面行觀察，可以研究清洗工藝、表面吸附與污染對砝碼質(zhì)量產(chǎn)生的影響。 4——結(jié)語
標準砝碼質(zhì)量的準確性，是計量檢定工作得以順利展開的關(guān)鍵因素，隨著計量儀器設備的技術(shù)性突破，以及計量理論知識的不斷創(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，對步提高計量檢定的質(zhì)量有裨益。  |
