高准确度质量标准测量中空气浮力修正的研究

论文摘要

在确保质量计量可靠性的高准确度量值传递体系中,由于质量量值比较测量传递过程是在空气中完成的,因此,由砝码体积不同和空气密度的差异而引起的空气浮力修正必须考虑。本文展开了对空气密度及砝码体积测量的研究,以保证高准确度质量标准测量中空气浮力修正的准确性。通常,对空气密度测量主要采用两种方法：（a）CIPM公式法；（b）浮力法。经过对两种方法比较分析,CIPM公式法对于高精度的测量系统,可以获得和浮力法一样的测量精度,并且实现起来简单易行。因此,基于CIPM公式,本文研制了一套空气密度测量系统用于高准确度质量标准测量中的空气浮力修正。系统采用了最新的CIPM-2007公式,将4个环境参数——温度、湿度、大气压力和CO2含量的测量集成到了一起,通过硬件设计结合软件控制,实现对多路测量信号的自动分离、采集,确保空气密度计算结果的准确可靠。另外,结合高准确度质量测量的相关工作需要,设计开发应用软件对系统的实际应用功能进行了扩展,为高准确度质量量值传递工作提供保障。液体静力法是目前使用的测量砝码体积最精确的方法,但是其操作程序比较繁琐,而且砝码需要浸入液体内。需要考虑其对被测砝码体造成的污染以及对质量量值可能造成的改变。为了提高测量效率,避免液体造成的影响,本文研究采用另外一种满足测量不确定度需求的砝码体积测量方法——声学法砝码体积测量。通过开发设计,建立了一套声学法砝码体积测量系统,并实际应用于10 g至100 g标称质量的OIML类型砝码体积测量。其测量结果与采用液体静力法所测量的结果相比,相对误差仅在1×10-5至8.3×10-4范围内。基于以上的研究,通过对空气密度测量系统以及声学法砝码体积测量系统进行了大量的实验。实验结果表明,空气密度测量系统和声学法砝码体积测量系统高效、可靠,能够为高准确度质量标准测量中的空气浮力修正提供足够的支持。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 空气浮力修正的两个要素
• 1.2.1 空气密度测量概述
• 1.2.2 砝码体积测量概述
• 1.3 论文主要工作及意义
• 第二章 公式法空气密度测量
• 2.1 概述
• 2.2 公式法空气密度测量原理
• 2.2.1 原理公式
• 2.2.2 公式更新情况
• 2.3 公式法空气密度测量系统的实现
• 2.3.1 硬件构架
• 2.3.2 软件设计
• 2.4 小结
• 第三章 声学法砝码体积测量
• 3.1 概述
• 3.2 测量原理及公式
• 3.3 声学法砝码体积测量系统的实现
• 3.3.1 系统的构建
• 3.3.2 测量方法及步骤
• 3.4 小结
• 第四章 测量实验
• 4.1 空气密度测量系统实验
• 4.1.1 实验数据
• 4.1.2 结果分析
• 4.1.3 不确定度评估
• 4.2 声学法砝码体积测量系统实验
• 4.2.1 实验数据
• 4.2.2 结果分析
• 4.2.3 不确定度评估
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 5.1 课题研究结论
• 5.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 附录