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声学非接触式测量砝码体积方法综述
时间:2019/8/21 11:12:32 点击次数:43

声学非接触式测量砝码体积方法综述:

1引言

在我国的力学计量的量值传递系统中,质量计量处于非常重要的地位,力值计量、扭矩计量、压力计量、流量计量、容量计量、密度计量等均离不开质量计量,质量计量是力学计量中最基础的计量项目之一,而砝码作为承载质量量值的重要载体,是质量计量的基础,其量值的准确性更是直接关系到质量量值传递的准确和可靠。

而高等级砝码在量值传递过程中容易受到空气浮力的影响,必须进行空气浮力修正,空气浮力的测算主要依据传递过程中的实时空气密度和砝码固体材料的体积t,因此,准确获得砝码固体材料的体积和实时空气密度对空气浮力的修正值至关重要。由Ishii等提出的声学体积测量法已经在文献中得到详细介绍。本国家计量研究所(NMIJ)/AIST已经将声学体积测量法应用于测量标准砝码,其特征在文献进行了阐述。中国计量院也对该方法有所研究,见文献嗍。在本文中,重点介绍了该方法在高等级砝码体积测量中对不同形状、不同材质及带腔体的固体材料的质量砝码体积参数的测量结果及其不确定度。

2声学体积测量法原理简述

2.1基本原理声学体积测量法的原理在中已有介绍。如图1所示,砝码的体积可以通过测量两个腔体的声压得到。V表示待测砝码的体积,V。是空腔时测量腔体的体积,c为相关系数,如公式(1)、(2)所示。其中V,R,S)为体积V的函数,R是由两个麦克风输出的信号即两个腔体的声压比率,s为砝码的表面积,E和E信号的幅值和相位值由傅立叶公式变换计算获得,R。为空腔时的两个腔体声压振幅比.

2.2测量方法将参考砝码的体积作为标准,与被测砝码的体积进行比较的方法,参考文献l7I。本文不确定度评定实例采用单参考法,其测量顺序依次为空腔、被测砝码、参考砝码(0.95倍体积砝码或1.05倍体积砝码)。

3测量不确定度的评定概述3l环境条件实验室温度:(20—22);相对湿度:(58—64)%RH。

3.2测量标准采用OIML型无磁不锈钢(JF一1)作为标准砝码,对于每一组标称质量范围从lkg、2kg、5kg、10kg、20kg的砝码分别制作3个,每个砝码质量分别是按标准砝码的0.95、1.00倍和1.05倍制造,其准确度等级、形状和外部尺寸均依照的符合JJG99—2006《砝码检定规程》,密度为8.0g/era、磁化率为0.001~0.009、准确度等级F2,如图2所示。

3.3被测对象符合JJG99—2006(砝码检定规程》的标准砝码组,包括不同质量、不同形状、不同材质的砝码如图3所示,测量范围:(I20)kg,其中材料为铜合金和铸铁合金的lkg、5kg增坨型和10kg锁型为带调整腔砝码。

4不确定度来源分析测量结果的不确定度主要来自:

4.1通过声学法测量被测砝码体积测量重复性;

4.2被测砝码体积测量的非线性(包括表面积的影响带来的不确定度);

4.3液体静力法测量结果的不确定度即参考标准砝码的体积标准不确定度。由于本文提出的方法,是在室温干燥环境条件下测量由温度湿度带来的潜在影响因素可忽略。5标准不确定度的评定依据4量不确定度评定与表示》的要求,对lkg的OIML型不锈钢无磁砝码进行不确定度评定。

5.1被测砝码体积测量重复性引入的测量不确定度分量//,,该分量基于统计学方法的A类不确定度评定。对被测对象在相同的条件下进行10次独立测量,l0次测量结果如表2所示。

5.2被测砝码体积测量的非线性引入的标准不确定度分量非线性标准不确定度分量(表面积的影响带来的不确定度包含在该不确定度内),采用B类评定。为声学体积测量法和流体静力体积测量法的最大偏差,经中国计量科学研究院测试,lkg不锈钢无磁标准砝码20~C体积密度为8061kg/m3,£=0.042uo~。假定为均匀分布,则/Z6-8/、/=0.024cm。

5.3参考标准

砝码体积的不确定度引入的标准不确定度分量由于参考砝码的体积值采用液体静力法测量得到,采用B类方法进行评定。估计为均匀分布,取包含因子k=、/丁,已知参考标准砝码体积的扩展不确定度u8×10-5,得到参考砝码体积的不确定度引入的标准不确定度分量ur=×涪0.006cm3。

6测量结果及不确定度

依据上述方法,测量计算得到其他材料砝码体积测量结果不确定度及不同形状和带腔体砝码体积测量不确定度,测试过程中对被测砝码的声压比、空腔声压比,参考砝码的声压比进行记录,得到被测砝码的相对于标准砝码的体积比值,根据体积比由计算机自动计算得到被测砝码体积测量结果,如表4、表5所示。

7. 结论

经实验验证,用声学体积测量法对lkg~20kg不同形状、不同材质以及包含腔体的砝码体积测量,其测量结果的不确定度均小于6×10本文提出的声学体积测量的方法对不同形状、不同材质以及包含腔体的砝码体积进行自动测量时,需要设定一些测量的参数值且通过和流体静力称重体积测量法比较。

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