[發明專利]一種砝碼表面吸附質量的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201310713605.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103697977A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 任孝平;王健;蔡常青;姚弘;丁京鞍;鐘瑞麟
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01G17/00
• 分類號: G01G17/00
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 郭韞

技術領域

本發明屬于計量領域，具體涉及一種砝碼表面吸附質量的測量裝置及方法。砝碼質量測量過程中用于測量砝碼表面所吸附的物質質量，特別是用于E₁等級砝碼質量測量中的表面吸附修正值，測量得到的吸附值用于修正砝碼質量測量結果。

背景技術

質量的量值傳遞大多都是在空氣中進行，在質量測量過程中最重要的影響因素包括：“空氣浮力”和“表面吸附質量”。而產生的原因就是“物體所受空氣浮力的影響”以及“空氣中的灰塵、水分等污染物吸附砝碼表面造成砝碼的質量增加”。綜合來看，對“物體體積”、“空氣密度”和“表面吸附率”的高準確度測量，是提高質量量值傳遞準確度的幾個重要途徑。

現有的高準確度砝碼質量測量試驗中，通常只對測量結果進行了空氣浮力修正。然而在復雜環境下，砝碼表面均會受到環境的干擾，砝碼表面不可避免的會吸附有機物、水氣、CO₂等外界物質，而導致砝碼質量發生改變。砝碼使用人員即便每次使用時都對砝碼表面進行酒精清洗或者使用專業無塵紗布進行擦拭，砝碼表面的二次吸附問題也不可避免。

另外，現有的質量測量試驗中，不包括砝碼表面所吸附的質量測量，也沒有對該吸附質量值進行修正，而這部分質量值影響著砝碼質量值的長期穩定性，需要測量并體現在相應的質量測量結果修正計算中。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種砝碼表面吸附質量的測量裝置及方法，獲得精確的表面吸附質量測量結果，實現對不同材質的砝碼表面吸附率進行測量，而利用每種材質制造的砝碼所對應的吸附率可以構建出吸附率預測模型，實現為已知材料密度的砝碼質量修正提供合理的吸附率參考值。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種砝碼表面吸附質量的測量裝置，包括實心圓柱體砝碼、紡錘形砝碼及質量測量裝置；

所述質量測量裝置包括真空腔體和設置在真空腔體內的質量比較儀和砝碼旋轉托盤；

所述紡錘形砝碼與實心圓柱體砝碼的體積相同、質量值相同，但表面積不同；

所述紡錘形砝碼為多層結構，包括至少2個圓盤，相鄰兩個圓盤之間通過小圓柱體連接，所有圓盤和小圓柱體均同軸線設置。

所述真空腔體能夠被抽真空，使得質量測量能夠在真空條件下進行。

在所述質量比較儀上設置有防風罩；測量質量時，所述實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼是放置在防風罩內的。

所述質量比較儀采用具有自動交換秤盤功能的全自動質量比較儀，在其上設有稱量工位；所述防風罩罩在所述稱量工位上方。

所述實心圓柱體砝碼的直徑和高相等。

一種砝碼表面吸附質量的測量方法，所述方法首先將實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼從空氣環境中向真空環境中轉移，測量轉移程中發生的質量變化量，求得表面吸附變化率；然后將實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼從真空環境中向空氣環境中轉移，測量轉移程中發生的質量變化量，求得表面吸附變化率，最后將兩個表面吸附變化率結合求得實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼密度對應的砝碼表面吸附率。

所述方法包括以下步驟：

(1)在空氣環境下，利用質量比較儀測得實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼在空氣環境下的質量值m_圓柱-air、m_紡錘-air；

(2)將所述真空腔體抽成真空狀態，利用質量比較儀測得實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼在真空環境下的質量值m_{圓柱-vacuum}、m_{紡錘-vacuum}；

(3)向真空腔體內充入空氣，使其內部恢復到空氣環境，然后利用質量比較儀測得實心圓柱體砝碼和紡錘形砝碼在空氣環境下的質量值m_圓柱-air′、m_紡錘-air′；

(4)利用步驟(1)和步驟(2)的測量結果，計算出空氣環境到真空環境的表面吸附層變化率η₁：

其中，S_紡錘和S_圓柱分別表示紡錘形砝碼和實心圓柱體砝碼的表面積；

(5)利用步驟(2)和步驟(3)的測量結果，計算出真空環境到空氣環境的表面吸附層變化率η₂：

(6)求得砝碼表面吸附率η=η₁+η₂；

(7)計算出任意實心圓柱體砝碼在環境改變后的吸附質量為：m_吸附質量=η·S_圓柱。