砝碼,砝碼,鑄鐵砝碼技術(shù)發(fā)展探討

上海眾淵砝碼廠 2019.02.02

砝碼,砝碼,鑄鐵砝碼技術(shù)發(fā)展探討

1.概述
由于承載質(zhì)量量值的載體———砝碼的質(zhì)量測量是在空氣中進(jìn)行的，需要進(jìn)行空氣浮力的修正。根據(jù)阿基米德定理，需要知道被測砝碼的體積。建議 Ｒ111(2004 版)和我國檢定規(guī)程 JJG99 －2006《砝碼》中規(guī)定，E 2 等級 20g 及以上砝碼須進(jìn)行體積測量;F 1 等級的50g以上砝碼，在海拔 800 米以上的地區(qū)使用也需進(jìn)行體積測量，其余砝碼的體積值通過已測砝碼的體積值計(jì)算得到。長期以來，質(zhì)量計(jì)量界對砝碼體積測量的研究主要集中在液體靜力法和聲學(xué)法體積測量裝置的研究上。

2.研究現(xiàn)狀由于質(zhì)量量值傳遞過程中砝碼體積參數(shù)的性，各個(gè)的計(jì)量機(jī)構(gòu)，特別是發(fā)達(dá)的計(jì)量機(jī)構(gòu)都為重視體積測量的研究工作。對于在壓力條件下的體積測量系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，目前都于我國。(NMIJ)在 2000 年就已開始研究在密封環(huán)境下進(jìn)行質(zhì)量量值傳遞。他們將自動(dòng)無擾動(dòng)質(zhì)量測量裝置安裝在密封腔內(nèi)，使用干泵等裝置抽取腔體內(nèi)的，使之達(dá)到的氣壓值，在該氣壓值下進(jìn)行質(zhì)量量值的傳遞。腔體內(nèi)還裝有溫度傳感器和濕度傳感器，以對測量環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行。此外在 kpa ～ 105kpa 的壓力條件下進(jìn)行了質(zhì)量量值傳遞研究，并進(jìn)
一步將這一原理應(yīng)用到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的體積測量中。在溫度、濕度基本恒定的條件下，由于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的差值隨的壓力變化而變化，利用這一變化，可以測量出質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的體積。 NMIJ 將這一體積測量方式一直推廣到 2 kg ～ 20 kg 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的體積測量中，建立了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體積測量系統(tǒng)。利用這套裝置(圖 1)，可以在進(jìn)行質(zhì)量量值測量傳遞的同時(shí)，完成質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的體積測量

大學(xué)與賽多利斯公司聯(lián)合開發(fā)的 VD1005 體積質(zhì)量比較儀。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)被測砝碼的加卸載及體積測量，如圖 3 所示。而圖 4 中所示為 BM 使用的基于液體靜力法的體積測量裝置。

實(shí)現(xiàn)方式有兩種:*種是以液體密度為基準(zhǔn)的測量方法，被測砝碼在液體中所受到的浮力通過天平示
值顯示為質(zhì)量值，再除以測量使用液體的密度，計(jì)算出砝碼的體積值;第二種是以固體密度為基準(zhǔn)的測量方法(見圖 6，METAS)，通過固體密度基準(zhǔn)測量液體的密度，在該液體中通過天平比較被測砝碼與固體密度基準(zhǔn)，計(jì)算得到體積差值。此方法與質(zhì)量的傳遞類似。其中，基于固體密度基準(zhǔn)的體積測量，儀器設(shè)備及測量系統(tǒng)均為，成本高，資金投入相當(dāng)可觀。因此，我國大部份的計(jì)量機(jī)構(gòu)目前采用的還是以水密度為基準(zhǔn)的砝碼體積測量方法。根據(jù)建議 Ｒ111 和JJG90 －2006《砝碼》計(jì)量檢定規(guī)程，對于 E 1 等級砝碼，體積測量范圍應(yīng)為 1 g ～50 kg，而我國目前的砝碼體積測量系統(tǒng)的測量范圍上限只能到達(dá) 20 kg。因此，我國在砝碼體積測量范圍上存在不足。 Ｒ111 中使用的另一種砝碼體積測量方法是聲學(xué)原理實(shí)現(xiàn)砝碼體積的測量。聲學(xué)法砝碼體積測量是根據(jù)傳聲器傳聲、耦合腔聲壓耦合、揚(yáng)聲器振膜前后聲波相位相反等原理，來實(shí)現(xiàn)被測質(zhì)量體積和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體
積的準(zhǔn)確測量的。

根據(jù)試驗(yàn)原理，聲學(xué)法體積測量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳聲器、揚(yáng)聲器、參考體積金屬容器、被測體積金屬容器等組成。將揚(yáng)聲器安放在上下兩個(gè)密閉金屬容器的中間，兩個(gè)密閉腔體通過旁路管相連通，通過兩個(gè)傳聲器分別測量兩個(gè)密閉容器的聲壓。測量時(shí)，通過信號發(fā)生器用正弦信號驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲波，在兩個(gè)容器內(nèi)產(chǎn)生聲壓，由于揚(yáng)聲器的振膜前后的聲波是相位相反的，所以上下兩個(gè)金屬容器的聲波信號相位是相反的。聲波信號在旁路管內(nèi)某個(gè)位置達(dá)到平衡，即聲能相互抵消。傳聲器采集上下容器的聲壓信號，通過適當(dāng)?shù)墓阶兓蟮帽粶y砝碼的體積?；镜脑韴D如圖 7 所示。

發(fā)展趨勢
液體靜力法以水密度為基準(zhǔn)進(jìn)行砝碼體積的測量，這一方法受到了水密度準(zhǔn)確度的地限制，因?yàn)橐患壦诳諝庵写娣?、使用，水的密度?huì)隨著時(shí)間的改變而發(fā)生變化。而在測量過程中始終采用同一水密度值，這勢對測量結(jié)果造成誤差。此外，該測量方法對于砝碼的形狀和測量技術(shù)要求高，異型砝碼尤其是帶有調(diào)整腔的砝碼均不適用，此外測量過程的砝碼表面附著的空


過控制調(diào)節(jié)閥 1 與控制開關(guān) 2，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓力表 3(顯示整個(gè)管路的壓力值)。經(jīng)過低壓閥 12，達(dá)到校驗(yàn)減壓器的低壓表 9。減壓器自身的調(diào)節(jié)閥 8，經(jīng)過被檢高壓表 7，一個(gè)支路到達(dá)緩沖缸 6 進(jìn)行儲壓，另一個(gè)支路通過控制開關(guān) 10，達(dá)到微調(diào)閥 13。通過調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)閥 1 來改變整體管道的壓力變化范圍。當(dāng)管道壓力臨近校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)閥 1，應(yīng)調(diào)節(jié)微調(diào)閥 13 來微調(diào)管道壓力值。壓力值輸給了減壓器的低壓表 9 進(jìn)行指示，低壓表 9 的指示值與標(biāo)準(zhǔn)壓力表 3 的指示值進(jìn)行比較，從而獲得減壓器的低壓表 9 準(zhǔn)確度的判斷。低壓表 9 校驗(yàn)應(yīng)該從低壓點(diǎn)逐步到高壓點(diǎn)一次進(jìn)行，全量程校驗(yàn)完畢后，應(yīng)先關(guān)閉控制調(diào)節(jié)閥 1，切斷壓力源在打開放氣口

11，排除管路內(nèi)的壓力。
(4)減壓器的整體校驗(yàn)方法
①減壓器高壓端壓力表檢定
升壓檢定: 確保(減壓器自身的調(diào)節(jié)閥 8 與低壓閥
12)關(guān)閉，打開氣瓶端進(jìn)氣閥向校驗(yàn)臺輸入壓力。輕輕打開(壓力源)，觀察高壓標(biāo)準(zhǔn)表和被檢減壓器高壓表，當(dāng)臨近各檢定點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉(壓力源)，通過調(diào)節(jié)微調(diào)閥 13來微調(diào)壓力值。將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對，記錄數(shù)據(jù)，直達(dá)高壓力點(diǎn)。降壓檢定:關(guān)閉(壓力源)，打開(放氣口 11)，當(dāng)壓力接近校驗(yàn)點(diǎn)值時(shí)關(guān)閉(放氣口 11)，通過調(diào)節(jié)微調(diào)閥
13 來微調(diào)壓力值。觀察高壓標(biāo)準(zhǔn)表和被檢減壓器高壓表，將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對，記錄數(shù)據(jù)。
②減壓器低壓端壓力表與調(diào)節(jié)閥的檢定升壓檢定: 確?？刂崎_關(guān) 5 關(guān)閉。打開(壓力源)、控制調(diào)節(jié)閥 1、控制開關(guān) 2、低壓閥 12、控制開關(guān) 10，將被檢減壓器的自身調(diào)節(jié)閥 8 順時(shí)針緩慢打開，接近校驗(yàn)點(diǎn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)微調(diào)閥 13 來微調(diào)壓力值。觀察低壓標(biāo)準(zhǔn)表和被檢減壓器低壓表，將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行對比，記錄數(shù)據(jù)。

降壓檢定: 關(guān)閉(壓力源)，緩慢打開(放氣口 11)，當(dāng)壓力接近檢定點(diǎn)時(shí)關(guān)閉(放氣口 11)。通過調(diào)節(jié)微調(diào)閥 13 來微調(diào)壓力值，將被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行比對，記錄數(shù)據(jù)。零點(diǎn)時(shí)直接打開(放氣口 11)。
(5)減壓器校準(zhǔn)裝置的維護(hù)
①使用前，請將高、低壓標(biāo)準(zhǔn)儀表，被檢壓力器及連接件擦拭干凈(禁油)，避免管路進(jìn)入雜質(zhì)。
②檢查轉(zhuǎn)換接頭連接處，注意密封性。檢定結(jié)束后，將各壓力輸出口賭擰緊，避免管路進(jìn)入雜質(zhì)。
(6)結(jié)論
減壓器校準(zhǔn)裝置的研制成功，每年能夠節(jié)約成
本幾十萬元，并且該減壓器校準(zhǔn)裝置還能夠校驗(yàn)壓力變送器和壓力儀表，也能校驗(yàn)飛機(jī)零部件氣性，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該項(xiàng)目的研制成功，解決了中的實(shí)際大問題。

氣泡對于體積測量的也很大，嚴(yán)重的問題是，浸入液體中的砝碼表面會(huì)受到污染，對于砝碼的質(zhì)量值和長期穩(wěn)定性均是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。

基于聲學(xué)法的砝碼體積測量方法是一種基于交叉學(xué)科的砝碼體積測量方法。文獻(xiàn)［7］的研究表明，聲學(xué)法砝碼體積測量，對標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積測量，包括 E 1 等級的砝碼，都具有很好的性能。同液體靜力法測量的結(jié)果相比，沒有差別。由于此方法無需將砝碼浸入液體中測量，大大簡化了砝碼體積測量程序，測量效率高;還可測量帶有調(diào)整腔的砝碼體積，具有良好的科研和應(yīng)用前景

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