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        砝碼磁化強度的測量

        2011-09-07 01:35:38福建省計量科學(xué)研究院
        上海計量測試 2011年5期
        關(guān)鍵詞:磁化強度物鏡磁化率

        徐 峰/福建省計量科學(xué)研究院

        0 引言

        砝碼作為質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)中的實物量具,隨著JJG 99—2006《砝碼》檢定規(guī)程的頒布實施,對各個等級砝碼的磁化強度提出了要求,我國對于砝碼的各項性能指標(biāo)要求與OIML國際建議R111保持一致。由于砝碼的磁性性能成為影響稱量準(zhǔn)確度的重要因素,對砝碼磁性的控制顯得尤其重要。砝碼磁性測量在國內(nèi)屬于剛剛開展的項目,本文對磁性測量裝置以及磁性測量方法進(jìn)行分析。

        1 測量依據(jù)及設(shè)備

        測量方法依據(jù) JJG 99—2006中有關(guān)砝碼的磁化強度測量方法,砝碼磁化強度測量設(shè)備采用梅特勒公司生產(chǎn)的MX型磁化率計。

        2 測量原理及測量步驟

        2.1 測量裝置

        砝碼磁化強度測量裝置如圖1所示。

        其中:

        h —砝碼的高度;

        Z1—砝碼頂部到磁鐵中心的距離;

        圖1 磁化強度測量裝置

        Z0—砝碼底部到磁鐵中心的距離;

        RW—砝碼的半徑。

        2.2 測量程序

        1)磁鐵的N極朝下,將砝碼置于測量平臺且在磁鐵的正上方,重復(fù)稱量3次(測量時繞樣品軸心對稱旋轉(zhuǎn)120°),確保砝碼放在中心處。

        a)記錄加載時間、讀數(shù)時間和卸載時間;

        b)計算衡量儀器顯示質(zhì)量變化的平均值Δm1;

        c)確定力F1= -Δm1×g( g—重力加速度)。

        2)磁鐵的N極朝上,將砝碼放在測量平臺且在磁鐵的正上方,重復(fù)稱量3次(測量中繞著樣品軸心對稱旋轉(zhuǎn)120°),確保砝碼放在中心處。

        a)記錄加載時間、讀數(shù)時間和卸載時間;

        b)計算衡量儀器顯示的質(zhì)量變化的平均值,-Δm2;

        c)確定力 F2= -Δm2×g。

        2.3 砝碼幾何參數(shù)及磁化率

        以3個1 kg砝碼(包括圓柱體砝碼1個、OIML形狀砝碼1個,原一等形狀砝碼1個)為例,分析砝碼磁化強度的測量結(jié)果不確定度。砝碼幾何尺寸見表1。

        形狀修正因子Ia,可以采用外圓柱體和內(nèi)圓柱體分別計算Ia外和Ia內(nèi)。

        其中:Ia外為砝碼外圓柱計算式;Ia內(nèi)為砝碼內(nèi)圓柱計算式。

        表1 砝碼幾何尺寸

        砝碼凹底部分直徑統(tǒng)一采用最小直徑計算(針對OIML形狀的1 kg 砝碼)。

        計算磁化率及其標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果見表2。

        表2 砝碼的磁化率和磁化率標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        3 數(shù)學(xué)模型

        磁化強度:

        式中:μ0—真空磁導(dǎo)率,為 4 π×10-7N/A2;

        π —取值 3.1415926;

        md—永久磁鐵的磁矩,0.085 Am2;

        g —當(dāng)?shù)刂亓铀俣?,?.790 2 m/s2;

        h —砝碼的高度;

        Z0—砝碼底部和磁鐵中間距離;

        χ —砝碼的磁化率;

        BEZ—實驗室內(nèi)大氣中磁場強度的垂直分量,福州地區(qū)取BEZ=28.539 17 μT。

        4 測量結(jié)果

        1)對圓柱體、OIML、一等形狀的砝碼各進(jìn)行3次連續(xù)測量,所得到的質(zhì)量變化Δm1、Δm2測量序列如表3。

        由式(7)、(8)計算可得質(zhì)量變化的平均值Δm1、Δm2(表 4)。

        2)使用標(biāo)準(zhǔn)磁化率塊對砝碼底部和磁鐵中間距離(Z0)進(jìn)行6次測量,得到測量列,如表5所示。

        由式(9)可得Z0的平均值:(Z0)= 0.022 77 m

        表3 質(zhì)量變化Δm1、Δm2 測量序列

        表4 質(zhì)量變化的平均值Δm1、Δm2

        圖3 投影儀的光學(xué)系統(tǒng)工作原理

        投影儀的光源安置在聚光鏡的焦點上,發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后變成平行光投向工件,再經(jīng)過物鏡將被測工件放大并成像于影屏上。對于反射式投影系統(tǒng),光源同樣位于聚光鏡的焦點上,發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡后成平行光,平行光束透過半透反射鏡后投向工作臺上的被測工件,在工作臺上被測工件表面反射后向上經(jīng)半透反射鏡反射,通過物鏡成像于影屏上。

        投影儀的結(jié)構(gòu)主要由底座、光路系統(tǒng)、工作臺和讀數(shù)系統(tǒng)以及物鏡等部分所組成。光路系統(tǒng)、工作臺及其讀數(shù)系統(tǒng)固定在儀器的底座上。工作臺調(diào)焦系統(tǒng)能根據(jù)不同倍率的物鏡進(jìn)行調(diào)焦,使被測工件清晰地成像于影屏,通過工作臺及其讀數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行測量。

        投影儀一般帶有10倍、20倍、50倍和100倍4種物鏡。投影儀的物鏡要和相對應(yīng)的聚光鏡一起使用,其目的是為了在影屏上能得到盡可能大的亮度。若高倍物鏡用了低倍聚光鏡,則影屏上亮度降低;相反,若低倍物鏡用了高倍聚光鏡,則影屏中間亮,而光照不能充滿整個視場。投影儀的工作臺可作縱向和橫向移動,圓工作臺可在360°范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動,這些運動均為測量工件的長度、角度所必需,達(dá)到進(jìn)行測量的目的。

        3 主要技術(shù)指標(biāo)

        1)工作臺縱橫(垂)向?qū)к壱苿拥闹本€度和垂直度

        工作臺縱橫(垂)向?qū)к壱苿拥闹本€度和垂直度要求見表1。

        表1 工作臺縱橫(垂)向?qū)к壱苿拥闹本€度和垂直度要求

        2)儀器示值誤差

        儀器示值誤差的要求見表2。

        表2 儀器示值誤差

        3)投影儀放大倍數(shù)的正確性

        投影儀放大倍數(shù)的正確性要求見表3。

        表3 投影儀放大倍數(shù)的正確性

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