不用接觸如何測量天平砝碼的體積 說(shuō)明：

｛摘 要}質(zhì)量標準量值傳遞過(guò)程中，天平砝碼的體積需要準確測量，為精確測天平砝碼的質(zhì)量，由天平砝碼體積帶來(lái)的空氣浮力修正是必要的。聲學(xué)法是一種快速高效的非接觸式體積測量方法，與液體靜力稱(chēng)重法不同，該方法不需要考慮液體受污染而引起的密度變化。為實(shí)現不同形狀和材料天平砝碼體積的高精度快速測量，設計實(shí)現了一套非接觸式固體材料體積測量裝置，對 5kg～20kg 不同材料天平砝碼體積進(jìn)行測量，并對其測量不確定度進(jìn)行了評估，其測量不確定度小于 6×10-4，驗證了聲學(xué)非接觸式測量法應用于不同材料高精度天平砝碼體積測量的可行性.

一。引言 

測量天平砝碼在空氣中的質(zhì)量，需要精確測量由天平砝碼體積帶來(lái)的空氣浮力值。由于是測量體積，天平砝碼的密度必須是已知的。密度由質(zhì)量除以體積得到，體積測量對于密度計算至關(guān)重要。根據OIML (international organization for legal metrology)R111[1]的建議，對于最高等級 E1 級的天平砝碼，應明確指明每個(gè)天平砝碼的密度或者體積。之前高等級天平砝碼的體積是通過(guò)液體靜力稱(chēng)重法測量，其是基于阿基米德原理通過(guò)參比液體的密度來(lái)計算體積的一個(gè)實(shí)際應用。體積測量的相對不確定度為 10-6 或更小，在液體靜力稱(chēng)重法下天平砝碼必須浸入一種液體中，因此在從液體中取出天平砝碼后必須是干燥且干凈的，由于水分含量和污染的液體的質(zhì)量的變化，天平砝碼的質(zhì)量值必須進(jìn)行修正。如果需要測量多組天平砝碼的質(zhì)量，液體靜力稱(chēng)重法需要耗費相當長(cháng)的時(shí)間。因此，需要找到一種測量更加簡(jiǎn)便同時(shí)測量的不確定度也滿(mǎn)足要求的天平砝碼體積測量方法。由 Ishii 等提出的聲學(xué)體積測量法已經(jīng)在[3-5]文獻中詳細的介紹了。該方法在空氣中沒(méi)有任何改變天平砝碼質(zhì)量的條件下可以快速進(jìn)行體積測量且具有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。日本國家計量研究所已經(jīng)將聲學(xué)體積測量法應用于測量標準天平砝碼，其特征在文獻[6-8]進(jìn)行了闡述。目前國內天平砝碼的體積測量方法主要是液體靜力法，聲學(xué)非接觸式體積測量的方法作為國際建議的天平砝碼體積測量方法，尚未被列入到天平砝碼量值傳遞的體積測量方法中。國內學(xué)者也嘗試進(jìn)行了研究[9-10]，但都是只針對單一材料的標準天平砝碼，其對其他形狀和材料的天平砝碼聲學(xué)法體積測量的適用性并未給出，為此本文根據 OIML 型天平砝碼的研究，結合不同材料和不同形狀的天平砝碼，驗證其對固體材料體積測量的可行性。

二。聲學(xué)非接觸測量原理和裝置 

2.1 基本公式聲學(xué)非接觸測量基于氣體壓縮定律[3-4]。其測量原理如圖 1 所示，天平砝碼的體積可以通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)腔體的聲壓得到。根據[3-4]V 表示待測天平砝碼的體積，V0 是空腔時(shí)測量腔體的體積 C 為相關(guān)系數。V=V0 1- R R R0RR1+Cf（V,R,S）R （1）R E1E2（2）其中（f V,R,S）為體積 V 的函數，R 是由兩個(gè)麥克風(fēng)輸出的信號即兩個(gè)腔體的聲壓比率，S 為天平砝碼的表面積。E1 和 E2 信號的幅值和相位值由傅立葉公式變換計算獲得。R0 為空腔時(shí)的兩個(gè)腔體聲壓振幅比。使用相同類(lèi)型的天平砝碼相同的標稱(chēng)質(zhì)量作為參考和測試，這種情況下 C 可忽略不計。忽略非線(xiàn)性項，簡(jiǎn)化的天平砝碼聲學(xué)體積測量方程如下：V=V0 1- R R R0R （3）公式 （3） 中 V0 值根據公式 （4） 通過(guò)測量參考天平砝碼確定：V0=VrR0R0-Rr（4）Rr 為放入參考天平砝碼后測量腔體的振幅比，合并公式（3）和（4）被測天平砝碼的體積測量方程為：V=Vr R0-RR0-Rr

2.2 測量裝置設計圖 1 顯示了一個(gè)聲學(xué)非接觸式體積測量裝置的示意圖，包括一臺用于控制和數據采樣的電腦。自行設計的聲學(xué)非接觸式體積測量裝置測量標準天平砝碼的體積。裝置主體的上半部分包括一個(gè)基準容積腔體，下半部為天平砝碼體積測量腔體。通過(guò)一個(gè)旁通管，聯(lián)通兩個(gè)腔體使其靜壓力和空氣濕度均衡。位于在這兩個(gè)容器之間的揚聲器由一個(gè)正弦信號頻率驅動(dòng)，信號模式可通過(guò)計算機程序設置。測量過(guò)程中揚聲器的一面產(chǎn)生一個(gè)交變隔熱的聲壓信號給基準容積腔體，同時(shí)其反面產(chǎn)生一組相位相反的絕熱聲壓信號給天平砝碼體積測量腔體。通過(guò)測量空腔的聲壓比 R0 和放入參考天平砝碼與被測天平砝碼的聲壓比 R 和 Rr，得到被測天平砝碼相對于參考天平砝碼的體積比值。由于參考天平砝碼的體積已知，從而計算得到被測天平砝碼的體積。

上述是不用接觸如何測量天平砝碼的體積的詳細介紹！