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空气密度对砝码质量测量的影响探究
时间:2019/9/12 8:40:05 点击次数:65

空气密度对砝码质量测量的影响探究:

按照砝码质量测量时对空气密度测量的需求,分析了测量空气密度的公式法,研制了用于高准确度砝码质量测量的空气密度测量装置。根据CIPM2007公式,该装置集成了温湿度、压力和CO,含量的测量,实现了对空气密度的自动实时测量。实验结果表明,当CO含量达到9374×10时,与采用近似公式进行测量的数据的相对误差达到0022%,验证了增加CO含量测量对提高空气密度测量准确度的必要性。

1引言

在空气中进行质量测量时,标准质量与被测物体之间都会受到空气浮力的影响,不能正确地反应物体实际的质量,对于高准确度质量测量来说,这种影响尤为重要,需要对其进行空气浮力修正,即需要测定空气密度。空气密度的确定主要有2种方法。一种是公式法,采用CIPM的推荐公式计算。另外一种方法是浮力法。使用公式法进行空气密度测定是目前使用最广泛的方法,这种方法不仅便于实现,而且对高精度的测试系统几乎具有和浮力法一样的测量精度J。经过修订和更新,CIPM认可的最新的空气密度计算公式为CIPM2007公式。目前,计量技术机构及实验室确定空气密度通常是根据文献[23]中的空气密度的近似公式,只对温度、湿度、压力环境参数进行分别测量读取,人工手动汇总计算,不仅测量工作复杂,人工读取还可能产生较大的示值差异,难于保证测量的准确度,同时,采用近似计算公式精度不够,难于满足高准确度质量测量的要求。因此,作者根据CIPM2007公式设计了一套空气密度测量装置,该装置通过将温湿度、压力和CO:含量的测量进行集成,以CIPM2007公式实时计算求得空气密度。

2空气密度测量装置设计

软硬件设计,空气密度测量装置硬件结构见图2,采用温度、湿度、压力以及CO含量测量传感器,将温度、湿度、压力及CO含量的测量进行集成,通过通讯模块将信号进行分离,与单片机控制的数据处理计算模块通讯,实现测量信号的采集、处理和计算,实现空气密度值的自动计算和进行屏幕显示。同时,还设计了用于连接计算机的通讯模块,用于通过计算机连接装置实现自动控制及相关功能的扩展。软件设计分为2个主要部分:装置中单片机的程序软件设计以及安装于计算机中的配套控制软件。单片机软件程序流程如图3所示。程序根据流程进行模块划分和优化,具有很好的鲁棒性。同单片机相比,软件的主要程序流程基本相同,年310日的12001400。图5CO含量的但计算机端的浮点运算能取得比单片机更高的运算数据曲线,横坐标为时间,纵坐标为CO含量,采样精度;可长时间自动连续监控测量数据的保存;扩展频率为1次/min。了测量数据记录文件的调用、导出,分析图表生成等功能,辅助使用者对测量数据的分析、研究。并且数据曲线图可以JPG的图片导出。系统比传统的公式法增加了对CO:含量参数的测量,提高了计算精确度;实现温度、湿度、压力和CO,含量参数的统一自动测量,避免了分别人工测量计算的繁琐和误差;装置体积较小,便于携带。可在需要的环境现场进行测量,实时读取空气密度测量值;另外,通过串口连接装置和计算机,使用配套的计算机控制软件,可实现对测量数据的自动采集、计算和保存,帮助使用者实现长时间的数据连续监控测量,对采集保存的测量数据的调用分析,生成分析图表,完成数据分析、研究的辅助工作。

3实验分析

采用本装置连接计算机进行实际测量实验,实验地点为工作环境相对稳定的实验室,时间是2010310日的12001400。图5CO含量的数据曲线,横坐标为时间,纵坐标为CO含量,采样频率为1次/min

4结论

本文的空气密度测量装置体积小,重量轻,便于移动和放置,很好解决了以往实验室在进行砝码质量测量中的空气密度测量存在的问题和不便。配合软件,对测量数据的分析、研究工作可起到辅助作用。同仅测量温度、湿度和压力的计算方法相比,增加co:含量的测量,对在高准确度砝码质量测量中空气密度测量准确性的提高有很大帮助。

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