采用超聲波清洗天平砝碼的技術(shù)案例及實(shí)驗應用說(shuō)明 介紹：

摘要

為了推廣超聲波清洗機在天平砝碼清潔和檢定中的應用，首先，簡(jiǎn)述傳統的利用無(wú)水乙醇的手工清洗方法及其缺陷;其次，分析超聲波清洗技術(shù)的原理及性能;最后，設計相關(guān)實(shí)驗，并對結果進(jìn)行比較分析。結果表明，超聲波清洗技術(shù)具有高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在現代計量的砝碼清潔中具有廣闊的應用前景。

1引言

砝碼是具有給定質(zhì)量和規定形狀的實(shí)物量具，用以定義、實(shí)現、保持和復現量值或測量器具的測量結果。在現代計量中，以保存在法國國際計量局的鉑銥合金千克原器實(shí)物為唯一質(zhì)量量值基準器，砝碼是相應的質(zhì)量量值傳遞的標準量具，其質(zhì)量的合格與否關(guān)系到工業(yè)、農業(yè)、科研、醫藥衛生以及人們的日常生活等方方面面。

為了保證被測對象的量值準確和一致性，要嚴格按照砝碼檢定系統表，完成對砝碼的量值傳遞。當砝碼長(cháng)期使用時(shí)，周?chē)沫h(huán)境會(huì )對其質(zhì)量造成一定的影響，如受損、腐蝕或者粘附一些雜物等因素使其質(zhì)量發(fā)生變化。按照JJG99－2006砝碼檢定規程［1］，在一定的時(shí)間周期內需要對砝碼進(jìn)行清洗和檢定，以保證砝碼質(zhì)量量值傳遞的準確可靠;另外，在做任何檢定、測量之前，必須對砝碼進(jìn)行清潔?？梢?jiàn)，清洗是保證砝碼準確可靠的一個(gè)極為重要的環(huán)節，而且若清洗不到位也可能會(huì )影響質(zhì)量檢定，如在檢定砝碼質(zhì)量值時(shí)可能會(huì )污染到比較儀，進(jìn)而造成誤差。

因此，高效、高潔凈的清洗技術(shù)是現代計量中保持砝碼質(zhì)量合格的必然要求。本文在簡(jiǎn)述實(shí)驗室使用的無(wú)水乙醇清洗技術(shù)及最新引進(jìn)的超聲波清洗技術(shù)原理的基礎上，通過(guò)實(shí)驗數據對比分析兩種技術(shù)的性能。結果表明，超聲波清洗技術(shù)在效果、效率及安全性等方面具有明顯的優(yōu)勢，它在將來(lái)的砝碼清洗工作中必然發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。

2無(wú)水乙醇清洗方法

在任何檢定、測量之前，都必須對砝碼進(jìn)行清潔，在清潔過(guò)程中需注意如下幾個(gè)方面:

(1)為了保證清潔的高質(zhì)量和高可靠性，一方面，在抓取和存放砝碼時(shí)必須保持其清潔，另一方面，在清潔過(guò)程中不能去除任何一塊砝碼材料，而且不得改變砝碼的表面特性(如劃傷砝碼)。

(2)清洗時(shí)，對于F1等級及以上天平砝碼，當沒(méi)有調整腔時(shí)，應將砝碼浸入清洗液(如無(wú)水酒精或蒸餾水)中，用毛刷輕輕擦試表面，除去表面的污垢和灰塵;清洗干凈后，用無(wú)塵毛巾擦試砝碼表面，避免清洗液殘留造成砝碼表面的水漬斑，影響砝碼的折算質(zhì)量值。對于帶有調整腔的砝碼，不得將其浸入清洗液中，以免液體浸入腔體，進(jìn)而影響測量結果。對于帶有調整腔的砝碼以及F2等級以下砝碼，只需要用沾有清洗液的紗布和毛刷擦試砝碼表面，以去除污垢和灰塵。

(3)清潔后，要保持檢定室內的溫度恒定，且砝碼等級越高，清潔穩定時(shí)間越長(cháng)。根據國家計量檢定規程規JJG99－2006規定。目前，國內大部分質(zhì)量實(shí)驗室采用的是無(wú)水乙醇的清洗方式，如圖1所示。圖中左下方絲綢上放的是待洗砝碼，右下方是清洗后的砝碼，盆中放的是無(wú)水乙醇和正在清洗的砝碼。當待檢定的砝碼在進(jìn)入實(shí)驗室時(shí)，首要的工作就是砝碼清潔和溫度穩定。對于不帶調整腔的砝碼，先浸入到無(wú)水乙醇中，用細毛刷清潔砝碼表面，清潔后用絲綢擦試砝碼表面，然后放在干的絲綢上。需要注意的是，在整個(gè)過(guò)程中不能用手直接接觸砝碼表面，而是用鑷子夾取砝碼，而且要帶一次性手帕。用無(wú)水乙醇清潔砝碼存在一定的弊端。比如，乙醇有刺激性和麻醉神經(jīng)作用，當吸入量較大的時(shí)候，對檢定操作人員可能會(huì )造成傷害;另外，由于檢定砝碼對環(huán)境的特殊要求是恒溫恒濕，所在的實(shí)驗室在地下室，空氣流通量相對較小，因此，長(cháng)時(shí)間接觸無(wú)水乙醇對身體也可能會(huì )造成傷害。

3超聲波清洗技術(shù)

為了克服無(wú)水乙醇清洗砝碼時(shí)可能會(huì )傷害操作人員等方面的弊端，上海計量測試技術(shù)研究院質(zhì)量實(shí)驗室嘗試使用超聲波清洗技術(shù)。自從1951年日本制造出第一臺超聲清洗機以來(lái)［2］，憑其高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，超聲波清洗技術(shù)在國內外得到了廣泛的應用，其應用涉及到機械、表面處理、儀器儀表、電子、醫療、半導體、鐘表首飾、生物化學(xué)、光學(xué)、石油化工等行業(yè)。

3．1超聲波清洗機原理

如圖2所示，超聲波清洗設備主要包括超聲波發(fā)生器、超聲波換能器和清洗槽等組成部分［3，4］。超聲波發(fā)生器起到電源的作用，通過(guò)產(chǎn)生電磁振蕩信號而提供能量。換能器即振板，是超聲波清洗的關(guān)鍵環(huán)節，它把超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的電磁振動(dòng)轉換成換能器本身的超聲振動(dòng)，并傳輸到清洗槽中產(chǎn)生空化作用，通常置于清洗槽的底部;清洗槽通常由不銹鋼材料制成，用來(lái)容納清洗液以及待清洗的工件。超聲波清洗主要是利用超聲波在液體中的空化作用將物體表面的污物層剝離，從而達到清洗的目的。當超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，通過(guò)換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到清洗液中，在清洗液中形成直線(xiàn)輻射傳輸的超聲波束，疏密相間地向前輻射。在傳播的過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生無(wú)數微小的氣泡并產(chǎn)生負壓，這些小的氣泡會(huì )在負壓區因負壓的產(chǎn)生而迅速長(cháng)大，又會(huì )在正壓區因正壓的突然產(chǎn)生而急速破裂，這種現象即為超聲空化作用?？栈饔每梢园崖晥?chǎng)中能量集中起來(lái)，在空化泡崩潰的瞬間，液體在極小空間內將其高度集中的能量釋放出來(lái)，產(chǎn)生幾十乃至上千個(gè)大氣壓力，不斷沖擊物體表面。這種空化作用，即使對凹坑或縫隙中的污物而言，也可快速、有效的將其清除，而且整個(gè)過(guò)程只需在幾十秒或幾分鐘內即可完成［5］。

3．2超聲波清洗機優(yōu)點(diǎn)

根據以上超聲波清洗機的原理，不難看出它至少有以下優(yōu)點(diǎn)［4，6］:(1)清洗效果好。超聲波清洗被國際公認為是當前效果最好的清洗方式。用超聲波清洗砝碼，由于產(chǎn)生的氣泡是非常均勻的，就像無(wú)數個(gè)小刷子同時(shí)清洗砝碼表面，只要砝碼浸在液體中，氣泡就會(huì )到達砝碼任何一個(gè)地方，因此，即便是深孔、細縫部位，也可以取得很干凈的清洗效果［6］。(2)清洗效率高?；跓o(wú)水乙醇的傳統的手洗方4實(shí)驗分析為了驗證超聲波清洗砝碼的良好效果，實(shí)驗室將超聲波清洗過(guò)的砝碼與手工無(wú)水乙醇清洗過(guò)的砝碼，做了質(zhì)量測定和比較。

4．1實(shí)驗過(guò)程

整個(gè)實(shí)驗設計思想如下:實(shí)驗一，將2kg，200g，2*kg，200*g砝碼用無(wú)水乙醇清洗以后放在實(shí)驗室中預置的位置，30天后測其質(zhì)量修正值;2kg，200g砝碼用超聲波清洗機清洗，2*kg，200*g用手工無(wú)水乙醇清洗，恒溫后測其質(zhì)量修正值。實(shí)驗二，實(shí)驗一結束后將2kg，200g，2*kg，200*g砝碼放置在原來(lái)的位置，30天后將2kg、200g用超聲波清洗機清洗，恒溫后測其質(zhì)量修正值。實(shí)驗室環(huán)境溫度:20．03℃，相對濕度:47．6%。用到的E1等級標準砝碼:2kg砝碼:編號是494，質(zhì)量允差是－0．140mg2*kg砝碼:編號是495，質(zhì)量允差是－0．110mg200g砝碼:編號是198，質(zhì)量允差是0．007mg用到的比較儀:AT1006，AX64004用到的超聲波清洗機:普利賽斯國際貿易(上海)有限公司生產(chǎn)，型號為DC900H。

實(shí)驗中超聲波清洗天平砝碼的流程:首先，為了與手工無(wú)水乙醇清洗的砝碼的質(zhì)量相對比，將待清洗的砝碼放入燒杯中，并在燒杯中注入無(wú)水乙醇，直到浸沒(méi)待清洗的砝碼，然后將燒杯放入吊籃中。啟動(dòng)超聲波清洗機系統，將吊籃放入清洗槽中。打開(kāi)給水泵，注入凈水。當水位浸沒(méi)無(wú)水乙醇的水位時(shí)，停止給水。啟動(dòng)加熱系統，至設定的溫度。啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，設定預定時(shí)間為5min。結束后，打開(kāi)污水泵，將水放出，然后將燒杯中的無(wú)水乙醇倒回原瓶中，啟動(dòng)烘干系統，當砝碼烘干后，將砝碼取出，放在絲綢上，并放入待測其質(zhì)量的實(shí)驗室進(jìn)行恒溫。

4．2實(shí)驗結果對比

實(shí)驗清洗前后的數據如表2和表3所示。表4是實(shí)驗二中用超聲波清洗機清洗砝碼前后的質(zhì)量修正值的對比表。從這些表可以看出:通過(guò)表2和表3的砝碼的變化值的比較，得出用超聲波清洗后的砝碼的變化值更大。表4中兩個(gè)砝碼的修正值變化值很小，得出砝碼在用超聲波清洗中沒(méi)有受到損傷。砝碼清洗前后的效果圖如圖4和圖5所示。從圖4可以看出:用超聲波清洗后，砝碼的表面沒(méi)有劃傷，而且表面很清潔。從圖5可以看出:用兩種方法都可以達到清潔砝碼的目的，而且用超聲波清洗后的砝碼表面目測時(shí)更清潔。

5結束語(yǔ)

通過(guò)對超聲波清洗機的理論分析與實(shí)驗結果的分析，可以得到如下結論:(1)通過(guò)實(shí)驗一，比較表2和表3，證實(shí)用超聲波清洗機清洗的砝碼比用無(wú)水乙醇清洗的砝碼的質(zhì)量變化值更大，清洗效果更明顯。(2)通過(guò)實(shí)驗二，比較表2和表4，證實(shí)采用超聲波清洗砝碼不會(huì )對砝碼表面造成傷害，而且同樣能夠保證測量結果的準確可靠。(3)超聲波清洗的清洗作用主要由超聲空化來(lái)實(shí)現，便于自動(dòng)化，可以有效地降低操作的勞動(dòng)強度，縮短操作時(shí)間，避免環(huán)境污染，可以實(shí)現清洗自動(dòng)化而且提高了工作效率。

上述是采用超聲波清洗天平砝碼的技術(shù)案例及實(shí)驗應用說(shuō)明的詳細內容！