羅平濤

四川省阿壩州計(jì)量檢定測(cè)試所 四川阿壩州 624000

在我國(guó)廣袤的國(guó)土上，存在有許多地區(qū)的空氣密度會(huì)對(duì)砝碼折算質(zhì)量的計(jì)算造成一定的誤差，為了解決該誤差，需要采用折算質(zhì)量越真空質(zhì)量的計(jì)算關(guān)系與方法，采用空氣浮力修正來(lái)保證在一定誤差范圍內(nèi)的砝碼折算質(zhì)量值的準(zhǔn)確。

1 折算質(zhì)量與真空質(zhì)量之間的關(guān)系

1.1 真空質(zhì)量

在砝碼規(guī)程中已經(jīng)明確指出了利用真空質(zhì)量來(lái)轉(zhuǎn)換為折算質(zhì)量的方法，而真空質(zhì)量則是指被檢測(cè)的砝碼在真空中與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的相對(duì)質(zhì)量值，因?yàn)槎咧g的平衡將會(huì)受到重力的作用，并通過(guò)同質(zhì)量換算檢測(cè)到被檢測(cè)砝碼的質(zhì)量值。而在空氣中的某砝碼在確定其質(zhì)量時(shí)常常會(huì)受到較大的空氣浮力作用，且在其質(zhì)量相同的時(shí)候，受到浮力的影響將會(huì)隨著砝碼體積的增大而增大，所以如果體積不同質(zhì)量相同的兩砝碼可以在真空中平衡，卻無(wú)法在空氣中平衡，造成較大的誤差。為了解決上述問(wèn)題，需要對(duì)真空的質(zhì)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的質(zhì)量值被稱(chēng)為折算質(zhì)量[1]。

1.2 對(duì)物體質(zhì)量的衡量

國(guó)際上早已經(jīng)制定了對(duì)物體質(zhì)量的定義和單位，且一般都會(huì)通過(guò)砝碼與天平來(lái)完成質(zhì)量的衡量，且采用4個(gè)9純度的占合金成分為90%的鉑和4個(gè)10%的銥制造出千克原器，目前也是國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)原器，每個(gè)國(guó)家的千克原器都會(huì)送到原器庫(kù)中為其賦值，確保各國(guó)在質(zhì)量上的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，我國(guó)的千克原器也是如此，但是因?yàn)轫来a的結(jié)構(gòu)有差異，其密度值通常是浮動(dòng)的，一般在2.7-8.4之間浮動(dòng)，單位是g/cm3。

1.3 測(cè)量物體質(zhì)量時(shí)的誤差修正

上述說(shuō)到因?yàn)椴牧系牟煌泊嬖谟袦y(cè)量結(jié)果的誤差，其原因就在于在空氣中因?yàn)楦×Φ挠绊憣?dǎo)致在質(zhì)量相同下，不同材料擁有不同的密度，從而擁有不同的體積和受到不同的浮力，所以在真空中相同質(zhì)量的砝碼在空氣中就存在差異，所以為了提高測(cè)量精準(zhǔn)度，需要對(duì)空氣浮力進(jìn)行修正，將不同材料的砝碼修正為密度8.0g/cm3的砝碼值[2]。

2 砝碼真空質(zhì)量與折算質(zhì)量之間的換算差異

2.1 體積計(jì)算差異

體積公式為折算質(zhì)量=真空質(zhì)量+（折算體積-實(shí)際體積）×標(biāo)準(zhǔn)空氣密度，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)折算體積是真空質(zhì)量與統(tǒng)一密度的求解值，所以利用該公式進(jìn)行這算當(dāng)體積的差值在1立方厘米，則折算質(zhì)量的誤差就會(huì)在1.2毫克，當(dāng)體積差值可以滿足0.1立方厘米，那么折算質(zhì)量將可以保證在有效精度范圍內(nèi)。

2.2 密度計(jì)算

密度計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)法，在計(jì)算中國(guó)際上一般采用0.99985位有效數(shù)字，公式為折算質(zhì)量=真空質(zhì)量×（1-（折算密度/標(biāo)準(zhǔn)密度））/0.99985，并精確到六位有效數(shù)字。一般來(lái)說(shuō)，系數(shù)取6位和取8位有效數(shù)字時(shí)期得到的折算質(zhì)量是有較大差異的，實(shí)際運(yùn)用時(shí)要以折算質(zhì)量的準(zhǔn)確性為原則進(jìn)行。

2.3 折算質(zhì)量計(jì)算原則

在能夠確定真空質(zhì)量和實(shí)際體積的時(shí)候，因?yàn)樵撚?jì)算較為簡(jiǎn)單，所以要優(yōu)先采用計(jì)算方便、精準(zhǔn)度較高的方法實(shí)現(xiàn)，利用體積標(biāo)準(zhǔn)公式來(lái)計(jì)算，如果要使用密度標(biāo)注公式來(lái)計(jì)算，則必須要注意其計(jì)算精確度，系數(shù)所采用的位數(shù)必須要和真空質(zhì)量的有效數(shù)字保持一致[3]。

3 海拔對(duì)砝碼折算質(zhì)量的影響

3.1 問(wèn)題探討

根據(jù)最新的砝碼檢定規(guī)程來(lái)說(shuō)，一物體在約定溫度和約定密度的空氣中，與一約定密度的標(biāo)準(zhǔn)器達(dá)到平衡，則標(biāo)準(zhǔn)器的質(zhì)量即為該物體的折算質(zhì)量，并對(duì)約定溫度和約定空氣密度進(jìn)行了規(guī)定，且如果某地區(qū)空氣密度偏移了約定空氣密度超過(guò)10%，就必須采取修正措施。一個(gè)地區(qū)的海拔高度與空氣密度密切相關(guān)，但是當(dāng)?shù)孛婵諝饷芏瘸^(guò)最新砝碼檢定規(guī)程時(shí)，又無(wú)法嚴(yán)格的以8g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)砝碼來(lái)修正，要得到標(biāo)準(zhǔn)折算質(zhì)量就必須要從空氣浮力為切入點(diǎn)。

3.2 流程參數(shù)

將多個(gè)標(biāo)稱(chēng)值F1砝碼類(lèi)型進(jìn)行參照實(shí)驗(yàn)，將其相關(guān)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)砝碼的基本參數(shù)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)、所用天平的情況、配套設(shè)備的使用情況一一列表處理。標(biāo)準(zhǔn)砝碼的基本參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)值、折算質(zhì)量值、標(biāo)準(zhǔn)不確定度、砝碼體積、體積標(biāo)準(zhǔn)不確定度；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)有溫度、大氣壓力、相對(duì)濕度、空氣密度；天平情況有型號(hào)、器號(hào)、最大載荷、實(shí)際標(biāo)尺分度值；配套設(shè)備的情況有生產(chǎn)廠家、型號(hào)、測(cè)量范圍、實(shí)際標(biāo)尺分度值、標(biāo)準(zhǔn)不確定度。將上述列表并保證一定精確度范圍[4]。

3.3 折算與分析

分別在相應(yīng)的機(jī)械天平、電子天平上采用ABBA循環(huán)測(cè)量2次，并根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型。其表示為：

M1=M0+(V1-V0)×(ρ1-ρ0)± △ I×M2/△ I1±M3

△I0=(I0-I1-I2+I3)/2

△I2=|I4+MS-I4+I5+MS-I5|/2

其中，M1為被檢測(cè)砝碼的折算質(zhì)量修正值，M0是指標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量修正值，V1是被檢測(cè)砝碼的體積值，V0是標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積值，ρ1空氣密度的測(cè)量值，ρ0空氣密度的參考值，△I是指在天平上讀取的質(zhì)量差值，M2是指添加的小砝碼折算質(zhì)量值，用于添加靈敏度，△I1添加小砝碼后的天平值變化，M3添加的小砝碼的折算質(zhì)量修正值，I0和I3分別為被檢測(cè)的砝碼在天平上測(cè)得的數(shù)值，而I1和I2分別是標(biāo)準(zhǔn)砝碼在天平上的測(cè)得的數(shù)值，而I4，I5被檢測(cè)砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼的修正值，MS為靈敏度砝碼。在對(duì)其計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行分析，在F1使用空氣浮力修正是科學(xué)合理并有效的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了砝碼真空質(zhì)量和折算質(zhì)量的關(guān)系，并指出在最新的砝碼標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程中，如果遇到海拔高度對(duì)砝碼質(zhì)量值測(cè)算造成較大影響的情況，則需要用到空氣浮力修正法來(lái)矯正質(zhì)量測(cè)算誤差，保證砝碼的標(biāo)準(zhǔn)性。