劉 穎,曾 波

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

高海拔環(huán)境下質(zhì)量傳遞分析實(shí)驗(yàn)研究

劉 穎,曾 波

（中國測試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

為分析高海拔環(huán)境對(duì)砝碼測量結(jié)果的影響，填補(bǔ)該領(lǐng)域的試驗(yàn)空白，設(shè)計(jì)并完成在不同海拔地區(qū)（包括成都、理塘、林芝、日喀則、拉薩）對(duì)砝碼的測量實(shí)驗(yàn)?；陧来a規(guī)程的理論基礎(chǔ)，采用配套設(shè)備現(xiàn)場校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集，并設(shè)計(jì)兩組試驗(yàn)用于消除測量過程中設(shè)備和人員對(duì)測量結(jié)果的影響，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析環(huán)境變化對(duì)測量工作的影響，以及如何在工作中盡量消除這些影響，從而有效提高測量準(zhǔn)確性。

高海拔；試驗(yàn)空白；設(shè)計(jì)；測量實(shí)驗(yàn)；分析

0 引 言

質(zhì)量需通過砝碼體現(xiàn)，但砝碼是實(shí)物量具，準(zhǔn)確性極易受到環(huán)境的影響。為了提高測量準(zhǔn)確性，需完善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，盡量接近規(guī)程中理想狀態(tài)的要求。在實(shí)際使用砝碼的過程中，大量實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)環(huán)境不能完全達(dá)標(biāo)，特別是在高海拔地區(qū)，高原獨(dú)特的氣候（空氣稀薄,氣壓低,氧氣少，溫差大）[1-3]會(huì)給測量數(shù)據(jù)造成影響，影響會(huì)有多大，尚需研究。本文所完成的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果不僅可以填補(bǔ)在不同環(huán)境條件下對(duì)質(zhì)量量值傳遞結(jié)果分析的試驗(yàn)空白，還可以指導(dǎo)日常的檢定校準(zhǔn)工作，盡量消除環(huán)境對(duì)測量結(jié)果的影響，提高檢定水平。

1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線

1.1 理論依據(jù)

不同實(shí)驗(yàn)地區(qū)，海拔和氣候不同，需要測量當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境參數(shù)，包括大氣壓力、溫度和相對(duì)濕度，并依據(jù)下式計(jì)算出當(dāng)?shù)氐目諝饷芏萚4]：

式中：P——大氣壓力，hPa；

RH——相對(duì)濕度，%；

t——溫度，℃。

如果空氣密度相對(duì)于ρ0=1.2 kg/m3的偏移量超過了10%，并且被檢砝碼的密度ρt偏離折算值8000kg/m3,則折算質(zhì)量可以通過下式[4-5]進(jìn)行修正：

式中：mcr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量；

ρa(bǔ)——潮濕空氣的密度；

Vt——被檢砝碼的體積；

Vr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積；

ΔI——天平的指示差；

ΔIs——由靈敏度砝碼引起的天平指示的改變。

1.2 設(shè)備選擇

用于本次實(shí)驗(yàn)的電子天平和砝碼的技術(shù)指標(biāo)如表1和表2所示。

表1 電子天平技術(shù)指標(biāo)

表2 砝碼技術(shù)指標(biāo)

為確保本次實(shí)驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確測得不同地區(qū)的環(huán)境條件，還需攜帶一臺(tái)校準(zhǔn)后的空氣密度測量裝置[6]，其技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表3 空氣密度測量裝置技術(shù)指標(biāo)

為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能較為準(zhǔn)確地反映環(huán)境對(duì)砝碼測量的影響，實(shí)驗(yàn)中所使用的電子天平和砝碼均已在中國測試技術(shù)研究院衡器室校準(zhǔn)，并完成了長期的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)[7-8]，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

1.3 路線設(shè)定

本次實(shí)驗(yàn)主要為研究高海拔地區(qū)的不同環(huán)境條件對(duì)砝碼測量的影響，所以在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前先設(shè)定好線路，選擇有代表性的地區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)線路圖如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)過程

圖1 實(shí)驗(yàn)線路圖

在不同海拔地區(qū)檢測標(biāo)稱值分別為50g和20g的兩個(gè)砝碼（標(biāo)準(zhǔn)砝碼采用材料密度為8.0g/cm3，編號(hào)為1 635的砝碼，被檢砝碼采用材料密度為7.9 g/cm3，編號(hào)為84367的砝碼）。在5個(gè)不同地區(qū)測量之前首先選擇當(dāng)?shù)丨h(huán)境較為穩(wěn)定、周圍無明顯氣流及振動(dòng)的地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后將實(shí)驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備放置于該環(huán)境中穩(wěn)定，電子天平提前預(yù)熱并在每個(gè)地區(qū)都由專人進(jìn)行了電子天平的性能測試[9]，以保證在測量過程當(dāng)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測試結(jié)果均為滿意，根據(jù)所攜帶設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)并完成了兩組實(shí)驗(yàn)：1）使用同一臺(tái)電子天平對(duì)砝碼連續(xù)測量10次，最終取平均值作為測量結(jié)果；2）使用島津公司提供的兩個(gè)天平對(duì)同一個(gè)砝碼分別進(jìn)行測量。

2.1 砝碼測量

第1組實(shí)驗(yàn)使用島津公司提供的型號(hào)為AUW220D的電子天平測量標(biāo)稱值為50g砝碼，在5個(gè)地區(qū)測量該砝碼時(shí)實(shí)驗(yàn)人員均采用連續(xù)重復(fù)測量10次數(shù)據(jù)，最終取平均值作為測量結(jié)果。整理原始數(shù)據(jù)后得到各地未修正前的數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 50g砝碼修正前數(shù)據(jù)

第2組實(shí)驗(yàn)使用島津公司提供的型號(hào)為AUW220D和AUW120D的電子天平分別測量同一個(gè)20 g砝碼，整理原始數(shù)據(jù)后得到在不同地區(qū)測量的未修正前的數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 20g砝碼修正前數(shù)據(jù)

2.2 環(huán)境測量

使用空氣密度測量裝置測量各地的實(shí)驗(yàn)環(huán)境數(shù)據(jù)，得到結(jié)果如表6所示。

表6 各地測量環(huán)境數(shù)據(jù)

3 數(shù)據(jù)分析

在各地完成實(shí)驗(yàn)后，將所有測量數(shù)據(jù)帶回成都進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，得到各地空氣密度的數(shù)據(jù)如表7和圖2所示。

表7 各地空氣密度

為了比較各地測量的結(jié)果，采用砝碼規(guī)程中的方法，將各地的測量數(shù)據(jù)均修正到約定溫度（tref）為20℃；約定的空氣密度（ρ0）為1.2 kg/m3；砝碼折算質(zhì)量的約定密度（ρref）為8000kg/m3。由于被檢砝碼的密度ρt偏離折算值8 000 kg/m3，并且在理塘、林芝、日喀則和拉薩幾個(gè)地區(qū)的空氣密度相對(duì)于ρ0=1.2kg/m3的偏移量都超過了10%，所以按照式（2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如表8所示。

表8 修正后各地檢測數(shù)據(jù)

將整理修正后的數(shù)據(jù)制成折線圖進(jìn)行分析。由圖3可以看出，在5個(gè)地區(qū)用同一臺(tái)電子天平和同一標(biāo)準(zhǔn)器多次測量同一標(biāo)稱值為50g的被檢砝碼，測量結(jié)果經(jīng)過修正之后不完全相等。

由圖4可以看出，在5個(gè)地區(qū)用不同的兩臺(tái)電子天平和同一標(biāo)準(zhǔn)器測量同一標(biāo)稱值為20g的被檢砝碼，測量結(jié)果經(jīng)過修正之后不完全相等。在林芝和拉薩兩個(gè)地區(qū)，不同的電子天平測量的兩個(gè)結(jié)果不相等。

圖2 各地實(shí)測空氣密度值

圖3 各地50g砝碼折算質(zhì)量修正值

圖4 各地20g砝碼折算質(zhì)量修正值

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，每到一個(gè)地區(qū)開始實(shí)驗(yàn)之前均先將天平預(yù)熱并校準(zhǔn)，砝碼測量之前均先用干凈綢布擦拭干凈。砝碼的測量采用砝碼規(guī)程中的要求，按照ABBA的循環(huán)方式，以消除天平的線性漂移[4]。本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作盡量消除了標(biāo)準(zhǔn)裝置和人員操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而真實(shí)地反映環(huán)境條件對(duì)測量結(jié)果的影響。理論上講，將不同環(huán)境條件下測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正到砝碼規(guī)程約定的情況下，對(duì)測量同一砝碼來講修正后的值應(yīng)該是相等的，而從兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)同一砝碼的測量結(jié)果進(jìn)行修正后，其值卻并不相等，這說明環(huán)境的變化對(duì)測量結(jié)果造成了影響。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，若假設(shè)在成都所測結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值mref，在其他地區(qū)測量結(jié)果為mlab，那么數(shù)據(jù)經(jīng)過修正以后，由于環(huán)境的變化而在數(shù)據(jù)未進(jìn)行修正以前，由于環(huán)境的變化因此，經(jīng)過修正以后可以減小環(huán)境對(duì)測量結(jié)果的影響。

由本次實(shí)驗(yàn)可以看出，環(huán)境的變化對(duì)測量工作會(huì)帶來影響，如果在高海拔地區(qū)（環(huán)境變化較大）進(jìn)行量值測量工作時(shí)，測量當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境參數(shù)是必不可少的，如果要盡量減小環(huán)境對(duì)測量結(jié)果的影響，必須對(duì)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣浮力修正。如果是對(duì)于F1等級(jí)及以下等級(jí)的砝碼，修正以后環(huán)境部分影響量對(duì)測量結(jié)果的影響就不會(huì)很大，通常情況下可以忽略；但是對(duì)于高等級(jí)的砝碼，這部分的影響對(duì)測量結(jié)果的影響較大，不能忽略。

4 結(jié)束語

本次在高海拔地區(qū)對(duì)砝碼進(jìn)行測量，分析由于環(huán)境的變化對(duì)量值傳遞的影響，由所得的測量結(jié)果可以得出環(huán)境的變化對(duì)砝碼的測量結(jié)果會(huì)造成一定影響。在實(shí)際的檢定校準(zhǔn)工作中，為了保證各地區(qū)質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確性和可靠性，要求檢測人員在測量過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程的要求完成測量，且應(yīng)該盡量減小海拔高度，減小實(shí)際環(huán)境條件與約定環(huán)境條件的差異。如果在特殊環(huán)境進(jìn)行測量，則要求在測量過程中應(yīng)測出實(shí)際環(huán)境參數(shù)，并且要保證測量環(huán)境參數(shù)的儀器設(shè)備（如空氣密度測量儀、壓力測試儀等）的準(zhǔn)確性，以便能盡量消除環(huán)境對(duì)測量結(jié)果的影響。

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Experimental analysis of mass transmission in a high altitude environment

LIU Ying，ZENG Bo
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

For analysis of the effect on weight measurement results at high altitude of the environmental conditions，to fill the gaps of the test in the field，designed and completed the weights of measurement experiments at altitudes（including Chengdu，Litang，Nyingchi，Shigatse，Lhasa）.The test is based on the theoretical basis of weights regulation，the use of equipment calibration at the scene，the experimental data collected in the field，and designed two sets of test forthe measurementprocessto eliminate the impactofequipmentand personnelon the measurement results.The final analysis the impact of environmental change to the measurement works through experimental results，and how to try to eliminate these effects at work，so can effectively improve the accuracy of measurement.

high altitude；test blank；design；measurement experiment；analysis

A

：1674-5124（2015）05-0039-03

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.05.010

2014-09-22；

：2014-11-22

劉 穎（1985-），女，四川綿陽市人，碩士，主要從事砝碼檢測技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。