劉 穎,曾 波
(中國測試技術(shù)研究院,四川 成都 610021)
高海拔環(huán)境下質(zhì)量傳遞分析實驗研究
劉 穎,曾 波
(中國測試技術(shù)研究院,四川 成都 610021)
為分析高海拔環(huán)境對砝碼測量結(jié)果的影響,填補(bǔ)該領(lǐng)域的試驗空白,設(shè)計并完成在不同海拔地區(qū)(包括成都、理塘、林芝、日喀則、拉薩)對砝碼的測量實驗?;陧来a規(guī)程的理論基礎(chǔ),采用配套設(shè)備現(xiàn)場校準(zhǔn),實驗數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集,并設(shè)計兩組試驗用于消除測量過程中設(shè)備和人員對測量結(jié)果的影響,通過實驗結(jié)果分析環(huán)境變化對測量工作的影響,以及如何在工作中盡量消除這些影響,從而有效提高測量準(zhǔn)確性。
高海拔;試驗空白;設(shè)計;測量實驗;分析
質(zhì)量需通過砝碼體現(xiàn),但砝碼是實物量具,準(zhǔn)確性極易受到環(huán)境的影響。為了提高測量準(zhǔn)確性,需完善實驗室環(huán)境,盡量接近規(guī)程中理想狀態(tài)的要求。在實際使用砝碼的過程中,大量實驗室或者實驗環(huán)境不能完全達(dá)標(biāo),特別是在高海拔地區(qū),高原獨(dú)特的氣候(空氣稀薄,氣壓低,氧氣少,溫差大)[1-3]會給測量數(shù)據(jù)造成影響,影響會有多大,尚需研究。本文所完成的實驗及結(jié)果不僅可以填補(bǔ)在不同環(huán)境條件下對質(zhì)量量值傳遞結(jié)果分析的試驗空白,還可以指導(dǎo)日常的檢定校準(zhǔn)工作,盡量消除環(huán)境對測量結(jié)果的影響,提高檢定水平。
1.1 理論依據(jù)
不同實驗地區(qū),海拔和氣候不同,需要測量當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境參數(shù),包括大氣壓力、溫度和相對濕度,并依據(jù)下式計算出當(dāng)?shù)氐目諝饷芏萚4]:
式中:P——大氣壓力,hPa;
RH——相對濕度,%;
t——溫度,℃。
如果空氣密度相對于ρ0=1.2 kg/m3的偏移量超過了10%,并且被檢砝碼的密度ρt偏離折算值8000kg/m3,則折算質(zhì)量可以通過下式[4-5]進(jìn)行修正:
式中:mcr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量;
ρa(bǔ)——潮濕空氣的密度;
Vt——被檢砝碼的體積;
Vr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積;
ΔI——天平的指示差;
ΔIs——由靈敏度砝碼引起的天平指示的改變。
1.2 設(shè)備選擇
用于本次實驗的電子天平和砝碼的技術(shù)指標(biāo)如表1和表2所示。
表1 電子天平技術(shù)指標(biāo)
表2 砝碼技術(shù)指標(biāo)
為確保本次實驗?zāi)軠?zhǔn)確測得不同地區(qū)的環(huán)境條件,還需攜帶一臺校準(zhǔn)后的空氣密度測量裝置[6],其技術(shù)指標(biāo)如表3所示。
表3 空氣密度測量裝置技術(shù)指標(biāo)
為確保實驗數(shù)據(jù)能較為準(zhǔn)確地反映環(huán)境對砝碼測量的影響,實驗中所使用的電子天平和砝碼均已在中國測試技術(shù)研究院衡器室校準(zhǔn),并完成了長期的穩(wěn)定性實驗[7-8],以確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性。
1.3 路線設(shè)定
本次實驗主要為研究高海拔地區(qū)的不同環(huán)境條件對砝碼測量的影響,所以在實驗進(jìn)行前先設(shè)定好線路,選擇有代表性的地區(qū)進(jìn)行實驗,其實驗地點(diǎn)線路圖如圖1所示。
圖1 實驗線路圖
在不同海拔地區(qū)檢測標(biāo)稱值分別為50g和20g的兩個砝碼(標(biāo)準(zhǔn)砝碼采用材料密度為8.0g/cm3,編號為1 635的砝碼,被檢砝碼采用材料密度為7.9 g/cm3,編號為84367的砝碼)。在5個不同地區(qū)測量之前首先選擇當(dāng)?shù)丨h(huán)境較為穩(wěn)定、周圍無明顯氣流及振動的地點(diǎn)進(jìn)行實驗,然后將實驗所需標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備放置于該環(huán)境中穩(wěn)定,電子天平提前預(yù)熱并在每個地區(qū)都由專人進(jìn)行了電子天平的性能測試[9],以保證在測量過程當(dāng)中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測試結(jié)果均為滿意,根據(jù)所攜帶設(shè)備的技術(shù)指標(biāo),設(shè)計并完成了兩組實驗:1)使用同一臺電子天平對砝碼連續(xù)測量10次,最終取平均值作為測量結(jié)果;2)使用島津公司提供的兩個天平對同一個砝碼分別進(jìn)行測量。
2.1 砝碼測量
第1組實驗使用島津公司提供的型號為AUW220D的電子天平測量標(biāo)稱值為50g砝碼,在5個地區(qū)測量該砝碼時實驗人員均采用連續(xù)重復(fù)測量10次數(shù)據(jù),最終取平均值作為測量結(jié)果。整理原始數(shù)據(jù)后得到各地未修正前的數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 50g砝碼修正前數(shù)據(jù)
第2組實驗使用島津公司提供的型號為AUW220D和AUW120D的電子天平分別測量同一個20 g砝碼,整理原始數(shù)據(jù)后得到在不同地區(qū)測量的未修正前的數(shù)據(jù)如表5所示。
表5 20g砝碼修正前數(shù)據(jù)
2.2 環(huán)境測量
使用空氣密度測量裝置測量各地的實驗環(huán)境數(shù)據(jù),得到結(jié)果如表6所示。
表6 各地測量環(huán)境數(shù)據(jù)
在各地完成實驗后,將所有測量數(shù)據(jù)帶回成都進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,按照式(1)進(jìn)行計算,得到各地空氣密度的數(shù)據(jù)如表7和圖2所示。
表7 各地空氣密度
為了比較各地測量的結(jié)果,采用砝碼規(guī)程中的方法,將各地的測量數(shù)據(jù)均修正到約定溫度(tref)為20℃;約定的空氣密度(ρ0)為1.2 kg/m3;砝碼折算質(zhì)量的約定密度(ρref)為8000kg/m3。由于被檢砝碼的密度ρt偏離折算值8 000 kg/m3,并且在理塘、林芝、日喀則和拉薩幾個地區(qū)的空氣密度相對于ρ0=1.2kg/m3的偏移量都超過了10%,所以按照式(2)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,結(jié)果如表8所示。
表8 修正后各地檢測數(shù)據(jù)
將整理修正后的數(shù)據(jù)制成折線圖進(jìn)行分析。由圖3可以看出,在5個地區(qū)用同一臺電子天平和同一標(biāo)準(zhǔn)器多次測量同一標(biāo)稱值為50g的被檢砝碼,測量結(jié)果經(jīng)過修正之后不完全相等。
由圖4可以看出,在5個地區(qū)用不同的兩臺電子天平和同一標(biāo)準(zhǔn)器測量同一標(biāo)稱值為20g的被檢砝碼,測量結(jié)果經(jīng)過修正之后不完全相等。在林芝和拉薩兩個地區(qū),不同的電子天平測量的兩個結(jié)果不相等。
圖2 各地實測空氣密度值
圖3 各地50g砝碼折算質(zhì)量修正值
圖4 各地20g砝碼折算質(zhì)量修正值
在整個實驗過程中,每到一個地區(qū)開始實驗之前均先將天平預(yù)熱并校準(zhǔn),砝碼測量之前均先用干凈綢布擦拭干凈。砝碼的測量采用砝碼規(guī)程中的要求,按照ABBA的循環(huán)方式,以消除天平的線性漂移[4]。本次實驗的設(shè)計和操作盡量消除了標(biāo)準(zhǔn)裝置和人員操作對實驗結(jié)果的影響,從而真實地反映環(huán)境條件對測量結(jié)果的影響。理論上講,將不同環(huán)境條件下測得的實驗數(shù)據(jù)修正到砝碼規(guī)程約定的情況下,對測量同一砝碼來講修正后的值應(yīng)該是相等的,而從兩組實驗數(shù)據(jù)可以看出,對同一砝碼的測量結(jié)果進(jìn)行修正后,其值卻并不相等,這說明環(huán)境的變化對測量結(jié)果造成了影響。
從實驗數(shù)據(jù)可以看出,若假設(shè)在成都所測結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值mref,在其他地區(qū)測量結(jié)果為mlab,那么數(shù)據(jù)經(jīng)過修正以后,由于環(huán)境的變化而在數(shù)據(jù)未進(jìn)行修正以前,由于環(huán)境的變化因此,經(jīng)過修正以后可以減小環(huán)境對測量結(jié)果的影響。
由本次實驗可以看出,環(huán)境的變化對測量工作會帶來影響,如果在高海拔地區(qū)(環(huán)境變化較大)進(jìn)行量值測量工作時,測量當(dāng)?shù)氐膶嶋H環(huán)境參數(shù)是必不可少的,如果要盡量減小環(huán)境對測量結(jié)果的影響,必須對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行空氣浮力修正。如果是對于F1等級及以下等級的砝碼,修正以后環(huán)境部分影響量對測量結(jié)果的影響就不會很大,通常情況下可以忽略;但是對于高等級的砝碼,這部分的影響對測量結(jié)果的影響較大,不能忽略。
本次在高海拔地區(qū)對砝碼進(jìn)行測量,分析由于環(huán)境的變化對量值傳遞的影響,由所得的測量結(jié)果可以得出環(huán)境的變化對砝碼的測量結(jié)果會造成一定影響。在實際的檢定校準(zhǔn)工作中,為了保證各地區(qū)質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確性和可靠性,要求檢測人員在測量過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程的要求完成測量,且應(yīng)該盡量減小海拔高度,減小實際環(huán)境條件與約定環(huán)境條件的差異。如果在特殊環(huán)境進(jìn)行測量,則要求在測量過程中應(yīng)測出實際環(huán)境參數(shù),并且要保證測量環(huán)境參數(shù)的儀器設(shè)備(如空氣密度測量儀、壓力測試儀等)的準(zhǔn)確性,以便能盡量消除環(huán)境對測量結(jié)果的影響。
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Experimental analysis of mass transmission in a high altitude environment
LIU Ying,ZENG Bo
(National Institute of Measurement and Testing Technology,Chengdu 610021,China)
For analysis of the effect on weight measurement results at high altitude of the environmental conditions,to fill the gaps of the test in the field,designed and completed the weights of measurement experiments at altitudes(including Chengdu,Litang,Nyingchi,Shigatse,Lhasa).The test is based on the theoretical basis of weights regulation,the use of equipment calibration at the scene,the experimental data collected in the field,and designed two sets of test forthe measurementprocessto eliminate the impactofequipmentand personnelon the measurement results.The final analysis the impact of environmental change to the measurement works through experimental results,and how to try to eliminate these effects at work,so can effectively improve the accuracy of measurement.
high altitude;test blank;design;measurement experiment;analysis
A
:1674-5124(2015)05-0039-03
10.11857/j.issn.1674-5124.2015.05.010
2014-09-22;
:2014-11-22
劉 穎(1985-),女,四川綿陽市人,碩士,主要從事砝碼檢測技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化研究工作。