聲學(xué)非接觸式測量砝碼體積方法綜述：

1引言

在我國的力學(xué)計量的量值傳遞系統中，質(zhì)量計量處于非常重要的地位，力值計量、扭矩計量、壓力計量、流量計量、容量計量、密度計量等均離不開(kāi)質(zhì)量計量，質(zhì)量計量是力學(xué)計量中*基礎的計量項目*，而砝碼作為承載質(zhì)量量值的重要載體，是質(zhì)量計量的基礎，其量值的*性更是直接關(guān)系到質(zhì)量量值傳遞的*和可靠。

而*等級砝碼在量值傳遞過(guò)程中容易受到空氣浮力的影響，必須進(jìn)行空氣浮力修正，空氣浮力的測算主要依據傳遞過(guò)程中的實(shí)時(shí)空氣密度和砝碼固體材料的體積t，因此，*獲得砝碼固體材料的體積和實(shí)時(shí)空氣密度對空氣浮力的修正值至關(guān)重要。由Ishii等提出的聲學(xué)體積測量法已經(jīng)在文獻中得到詳細介紹。本*計量研究*(NMIJ)／AIST已經(jīng)將聲學(xué)體積測量法應用于測量標準砝碼，其特征在文獻進(jìn)行了闡述。**也對該方法有*研究，見(jiàn)文獻嗍。在本文中，重點(diǎn)介紹了該方法在*等級砝碼體積測量中對不同形狀、不同材質(zhì)及帶腔體的固體材料的質(zhì)量砝碼體積參數的測量結果及其不確定度。

2聲學(xué)體積測量法原理簡(jiǎn)述

2．1基本原理聲學(xué)體積測量法的原理在中已有介紹。如圖1*示，砝碼的體積可以通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)腔體的聲壓得到。V表示待測砝碼的體積，V。是空腔時(shí)測量腔體的體積，c為相關(guān)系數，如公式(1)、(2)*示。其中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為砝碼的表面積，E和E信號的幅值和相位值由傅立葉公式變換計算獲得，R。為空腔時(shí)的兩個(gè)腔體聲壓振幅比.

2．2測量方法將參考砝碼的體積作為標準，與被測砝碼的體積進(jìn)行比較的方法，參考文獻l7I。本文不確定度評定實(shí)例采用單參考法，其測量順序依次為空腔、被測砝碼、參考砝碼(0．95倍體積砝碼或1．05倍體積砝碼)。

3測量不確定度的評定概述3l環(huán)境條件實(shí)驗室溫度：(20—22)；相對濕度：(58—64)％RH。

3．2測量標準采用OIML型無(wú)磁不銹鋼(JF*1)作為標準砝碼，對于每*組標稱(chēng)質(zhì)量范圍從lkg、2kg、5kg、10kg、20kg的砝碼分別制作3個(gè)，每個(gè)砝碼質(zhì)量分別是按標準砝碼的0．95、1．00倍和1．05倍制造，其*度等級、形狀和外部尺寸均依照的符合JJG99—2006《砝碼檢定規程》，密度為8．0g／era、磁化率為0．001～0．009、*度等級F2，如圖2*示。

3．3被測對象符合JJG99—2006(砝碼檢定規程》的標準砝碼組，包括不同質(zhì)量、不同形狀、不同材質(zhì)的砝碼如圖3*示，測量范圍：(I20)kg，其中材料為銅合金和鑄鐵合金的lkg、5kg增坨型和10kg鎖型為帶調整腔砝碼。

4不確定度來(lái)源分析測量結果的不確定度主要來(lái)自：

4．1通過(guò)聲學(xué)法測量被測砝碼體積測量重復性；

4．2被測砝碼體積測量的非線(xiàn)性(包括表面積的影響帶來(lái)的不確定度)；

4.3液體靜力法測量結果的不確定度即參考標準砝碼的體積標準不確定度。由于本文提出的方法，是在室溫干燥環(huán)境條件下測量由溫度濕度帶來(lái)的潛在影響因素可忽略。5標準不確定度的評定依據4量不確定度評定與表示》的要求，對lkg的OIML型不銹鋼無(wú)磁砝碼進(jìn)行不確定度評定。

5．1被測砝碼體積測量重復性引入的測量不確定度分量／／,，該分量基于統計學(xué)方法的A類(lèi)不確定度評定。對被測對象在相同的條件下進(jìn)行10次獨立測量，l0次測量結果如表2*示。

5．2被測砝碼體積測量的非線(xiàn)性引入的標準不確定度分量非線(xiàn)性標準不確定度分量(表面積的影響帶來(lái)的不確定度包含在該不確定度內)，采用B類(lèi)評定。為聲學(xué)體積測量法和流體靜力體積測量法的*大偏差，經(jīng)*計量**測試，lkg不銹鋼無(wú)磁標準砝碼20~C體積密度為8061kg／m3，￡=0．042uo~。假定為均勻分布，則／Z6-8／、／=0．024cm。

5．3參考標準

砝碼體積的不確定度引入的標準不確定度分量由于參考砝碼的體積值采用液體靜力法測量得到，采用B類(lèi)方法進(jìn)行評定。估計為均勻分布，取包含因子k=、／丁，已知參考標準砝碼體積的擴展不確定度u8×10-5，得到參考砝碼體積的不確定度引入的標準不確定度分量ur=×涪0．006cm3。

6測量結果及不確定度

依據上述方法，測量計算得到其他材料砝碼體積測量結果不確定度及不同形狀和帶腔體砝碼體積測量不確定度，測試過(guò)程中對被測砝碼的聲壓比、空腔聲壓比，參考砝碼的聲壓比進(jìn)行記錄，得到被測砝碼的相對于標準砝碼的體積比值，根據體積比由計算機自動(dòng)計算得到被測砝碼體積測量結果，如表4、表5*示。

7. 結論

經(jīng)實(shí)驗驗證，用聲學(xué)體積測量法對lkg～20kg不同形狀、不同材質(zhì)以及包含腔體的砝碼體積測量，其測量結果的不確定度均小于6×10本文提出的聲學(xué)體積測量的方法對不同形狀、不同材質(zhì)以及包含腔體的砝碼體積進(jìn)行自動(dòng)測量時(shí)，需要設定*些測量的參數值且通過(guò)和流體靜力稱(chēng)重體積測量法比較。

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