[發明專利]一種基于自適應算法的測量墊塊的設計方法及應用

有效

• 申請號: 201510072823.X
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104697598B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 董雷;許倩鈺;任孝平
• 申請（專利權）人: 陜西省計量科學研究院
• 主分類號: G01F17/00
• 分類號: G01F17/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司61201
• 代理人: 曹宇飛

技術領域

本發明屬于計量儀器領域，尤其是涉及利用基于液體靜力法的體積測量系統中測量砝碼體積所用的測量墊塊的設計和應用，具體是基于自適應算法的測量墊塊的設計方法及應用。

背景技術

物體的密度：為物體的質量除以其體積的商，公式為ρ＝m/v。由于砝碼的質量測量是在空氣中進行的，而根據阿基米德定理，物體所受到的浮力等于它所排開氣體(液體)的質量。因此，對于高準確度的質量測量，需要知道被測砝碼的體積，以便進行空氣浮力修正，得到其準確的質量值。按照國際建議R111(2004版)和JJG99-2006《砝碼》檢定規程的要求，如果在海拔330米以上使用E₁等級、E₂等級砝碼，須提供砝碼的密度及其相應的不確定度。對于F₁等級砝碼，如果在800米以上使用時，F₁等級砝碼也應進行空氣浮力修正。如：E₂等級的20g以上砝碼都必須測量其體積；在海拔800米以上使用的F₁等級的50g以上砝碼也需要實際測量體積。

目前的砝碼體積測量方法有三種：一是將所使用的水或其它適宜的液體作為密度標準，或者以固體密度為基準的體積比較法，該方法適用于準確度等級較高的砝碼；方法二，是通過基于聲學的方法測量砝碼的體積，該方法適用于各準確度等級的砝碼，尤其是帶有調整腔的砝碼。方法三，JJG99‐2006《砝碼》檢定規程中提供了常用的合金列表，其中給出了各種材料的密度值和相應的不確定度，用戶可根據需要使用。此方法適用于準確度等級較低的砝碼。

在第一種方法中，常用到一種體積比較儀，如VC1005，該種體積比較儀的設計最大測量能力為1kg，最小分辨力為0.01mg。該種體積比較儀適用于1kg不銹鋼砝碼的體積測量，通常包括OIML形狀、圓柱體形狀等。若是對于1kg低密度材料的砝碼(如鋁合金)等材質的，或者是形狀不同的(空心，紡錘形)砝碼，這些特殊形狀的砝碼在質量科學計量當中都是常見的砝碼類型，然而其由于高度超出了體積測量比較儀的使用范圍，極大的限制了體積比較儀的使用范圍，該種體積比較儀由于均是國外進口，若不能擴展其測量能力，就會限制其適用范圍，浪費科研經費購置的設備。

因此，本發明中提出了一種砝碼測量墊塊的設計算法。

發明內容

為了克服已有的測量問題，本發明提供了一種有助于實現形狀和高度超出范圍的砝碼體積的測量，而且能夠將砝碼穩固的基于自適應算法的測量墊塊的設計方法。

本發明還提供了一種測量結果準確、誤差小的用測量墊塊進行砝碼體積測量的方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：在該測量墊塊的表面加工有用于穩定待測砝碼的凹槽，其是由以下步驟設計而成：

(1)設計一個立方體原料塊，其體積為Vblock＝Bw·Bd·H；其中H為原料塊的高度，Bw為原料塊的寬度，Bd為原料塊的長度，密度為ρ_d；

(2)在原料塊的頂面上加工一個弧形凹槽，凹槽的槽深為dep，凹槽底部至原料塊底面的高度為h，則h＝H-dep；

(3)設定凹槽的圓弧所對應的圓心角為θ，根據待測砝碼的半徑R，可得：

凹槽所對應的橫截面為:

w為凹槽的槽口寬度；

則凹槽對應的體積為:V_cut＝S_cut×Bd

從而得到測量墊塊的體積為V_d＝V_block-V_cut；

(4)在自適應計算機算法參數空間中的體積到期望體積的差異絕對值DV＝|V_exp-V_d|；

(5)在自適應計算機算法中，各種參數需滿足如下約束條件：

其中：m_t、V_t、ρ_t分別為待測砝碼的質量、體積、密度；

ρ₁表示用液體靜力法體積測量的液體密度；

m_d、V_d、ρ_d分別為測量墊塊的質量、體積、密度；

m_r、V_r、ρ_r分別為標準砝碼的質量、體積、密度；

τ表示體積比較儀電子天平的電稱量范圍；

Max為體積比較儀電子天平的最大秤量；