海拔高度對砝碼折算質(zhì)量值的影響

羅平濤

四川省阿壩州計量檢定測試所 四川阿壩州 624000

在我國廣袤的國土上，存在有許多地區(qū)的空氣密度會對砝碼折算質(zhì)量的計算造成一定的誤差，為了解決該誤差，需要采用折算質(zhì)量越真空質(zhì)量的計算關(guān)系與方法，采用空氣浮力修正來保證在一定誤差范圍內(nèi)的砝碼折算質(zhì)量值的準確。

1 折算質(zhì)量與真空質(zhì)量之間的關(guān)系

1.1 真空質(zhì)量

在砝碼規(guī)程中已經(jīng)明確指出了利用真空質(zhì)量來轉(zhuǎn)換為折算質(zhì)量的方法，而真空質(zhì)量則是指被檢測的砝碼在真空中與標準砝碼的相對質(zhì)量值，因為二者之間的平衡將會受到重力的作用，并通過同質(zhì)量換算檢測到被檢測砝碼的質(zhì)量值。而在空氣中的某砝碼在確定其質(zhì)量時常常會受到較大的空氣浮力作用，且在其質(zhì)量相同的時候，受到浮力的影響將會隨著砝碼體積的增大而增大，所以如果體積不同質(zhì)量相同的兩砝碼可以在真空中平衡，卻無法在空氣中平衡，造成較大的誤差。為了解決上述問題，需要對真空的質(zhì)量進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的質(zhì)量值被稱為折算質(zhì)量[1]。

1.2 對物體質(zhì)量的衡量

國際上早已經(jīng)制定了對物體質(zhì)量的定義和單位，且一般都會通過砝碼與天平來完成質(zhì)量的衡量，且采用4個9純度的占合金成分為90%的鉑和4個10%的銥制造出千克原器，目前也是國際上統(tǒng)一的標準原器，每個國家的千克原器都會送到原器庫中為其賦值，確保各國在質(zhì)量上的標準統(tǒng)一，我國的千克原器也是如此，但是因為砝碼的結(jié)構(gòu)有差異，其密度值通常是浮動的，一般在2.7-8.4之間浮動，單位是g/cm3。

1.3 測量物體質(zhì)量時的誤差修正

上述說到因為材料的不同也存在有測量結(jié)果的誤差，其原因就在于在空氣中因為浮力的影響導致在質(zhì)量相同下，不同材料擁有不同的密度，從而擁有不同的體積和受到不同的浮力，所以在真空中相同質(zhì)量的砝碼在空氣中就存在差異，所以為了提高測量精準度，需要對空氣浮力進行修正，將不同材料的砝碼修正為密度8.0g/cm3的砝碼值[2]。

2 砝碼真空質(zhì)量與折算質(zhì)量之間的換算差異

2.1 體積計算差異

體積公式為折算質(zhì)量=真空質(zhì)量+（折算體積-實際體積）×標準空氣密度，通過分析發(fā)現(xiàn)折算體積是真空質(zhì)量與統(tǒng)一密度的求解值，所以利用該公式進行這算當體積的差值在1立方厘米，則折算質(zhì)量的誤差就會在1.2毫克，當體積差值可以滿足0.1立方厘米，那么折算質(zhì)量將可以保證在有效精度范圍內(nèi)。

2.2 密度計算

密度計算采用經(jīng)驗法，在計算中國際上一般采用0.99985位有效數(shù)字，公式為折算質(zhì)量=真空質(zhì)量×（1-（折算密度/標準密度））/0.99985，并精確到六位有效數(shù)字。一般來說，系數(shù)取6位和取8位有效數(shù)字時期得到的折算質(zhì)量是有較大差異的，實際運用時要以折算質(zhì)量的準確性為原則進行。

2.3 折算質(zhì)量計算原則

在能夠確定真空質(zhì)量和實際體積的時候，因為該計算較為簡單，所以要優(yōu)先采用計算方便、精準度較高的方法實現(xiàn)，利用體積標準公式來計算，如果要使用密度標注公式來計算，則必須要注意其計算精確度，系數(shù)所采用的位數(shù)必須要和真空質(zhì)量的有效數(shù)字保持一致[3]。

3 海拔對砝碼折算質(zhì)量的影響

3.1 問題探討

根據(jù)最新的砝碼檢定規(guī)程來說，一物體在約定溫度和約定密度的空氣中，與一約定密度的標準器達到平衡，則標準器的質(zhì)量即為該物體的折算質(zhì)量，并對約定溫度和約定空氣密度進行了規(guī)定，且如果某地區(qū)空氣密度偏移了約定空氣密度超過10%，就必須采取修正措施。一個地區(qū)的海拔高度與空氣密度密切相關(guān)，但是當?shù)孛婵諝饷芏瘸^最新砝碼檢定規(guī)程時，又無法嚴格的以8g/cm3的標準砝碼來修正，要得到標準折算質(zhì)量就必須要從空氣浮力為切入點。

3.2 流程參數(shù)

將多個標稱值F1砝碼類型進行參照實驗，將其相關(guān)參數(shù)、標準砝碼的基本參數(shù)、實驗室環(huán)境參數(shù)、所用天平的情況、配套設(shè)備的使用情況一一列表處理。標準砝碼的基本參數(shù)有標稱值、折算質(zhì)量值、標準不確定度、砝碼體積、體積標準不確定度；實驗室環(huán)境參數(shù)有溫度、大氣壓力、相對濕度、空氣密度；天平情況有型號、器號、最大載荷、實際標尺分度值；配套設(shè)備的情況有生產(chǎn)廠家、型號、測量范圍、實際標尺分度值、標準不確定度。將上述列表并保證一定精確度范圍[4]。

3.3 折算與分析

分別在相應(yīng)的機械天平、電子天平上采用ABBA循環(huán)測量2次，并根據(jù)相關(guān)數(shù)學函數(shù)建立數(shù)學模型。其表示為：

M1=M0+(V1-V0)×(ρ1-ρ0)± △ I×M2/△ I1±M3

△I0=(I0-I1-I2+I3)/2

△I2=|I4+MS-I4+I5+MS-I5|/2

其中，M1為被檢測砝碼的折算質(zhì)量修正值，M0是指標準砝碼的折算質(zhì)量修正值，V1是被檢測砝碼的體積值，V0是標準砝碼的體積值，ρ1空氣密度的測量值，ρ0空氣密度的參考值，△I是指在天平上讀取的質(zhì)量差值，M2是指添加的小砝碼折算質(zhì)量值，用于添加靈敏度，△I1添加小砝碼后的天平值變化，M3添加的小砝碼的折算質(zhì)量修正值，I0和I3分別為被檢測的砝碼在天平上測得的數(shù)值，而I1和I2分別是標準砝碼在天平上的測得的數(shù)值，而I4，I5被檢測砝碼和標準砝碼的修正值，MS為靈敏度砝碼。在對其計算后的結(jié)果進行分析，在F1使用空氣浮力修正是科學合理并有效的。

4 結(jié)語

本文闡述了砝碼真空質(zhì)量和折算質(zhì)量的關(guān)系，并指出在最新的砝碼標準規(guī)程中，如果遇到海拔高度對砝碼質(zhì)量值測算造成較大影響的情況，則需要用到空氣浮力修正法來矯正質(zhì)量測算誤差，保證砝碼的標準性。