[发明专利]一种砝码表面吸附质量的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于计量领域，具体涉及一种砝码表面吸附质量的测量装置及方法。砝码质量测量过程中用于测量砝码表面所吸附的物质质量，特别是用于E₁等级砝码质量测量中的表面吸附修正值，测量得到的吸附值用于修正砝码质量测量结果。

背景技术

质量的量值传递大多都是在空气中进行，在质量测量过程中最重要的影响因素包括：“空气浮力”和“表面吸附质量”。而产生的原因就是“物体所受空气浮力的影响”以及“空气中的灰尘、水分等污染物吸附砝码表面造成砝码的质量增加”。综合来看，对“物体体积”、“空气密度”和“表面吸附率”的高准确度测量，是提高质量量值传递准确度的几个重要途径。

现有的高准确度砝码质量测量试验中，通常只对测量结果进行了空气浮力修正。然而在复杂环境下，砝码表面均会受到环境的干扰，砝码表面不可避免的会吸附有机物、水气、CO₂等外界物质，而导致砝码质量发生改变。砝码使用人员即便每次使用时都对砝码表面进行酒精清洗或者使用专业无尘纱布进行擦拭，砝码表面的二次吸附问题也不可避免。

另外，现有的质量测量试验中，不包括砝码表面所吸附的质量测量，也没有对该吸附质量值进行修正，而这部分质量值影响着砝码质量值的长期稳定性，需要测量并体现在相应的质量测量结果修正计算中。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种砝码表面吸附质量的测量装置及方法，获得精确的表面吸附质量测量结果，实现对不同材质的砝码表面吸附率进行测量，而利用每种材质制造的砝码所对应的吸附率可以构建出吸附率预测模型，实现为已知材料密度的砝码质量修正提供合理的吸附率参考值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种砝码表面吸附质量的测量装置，包括实心圆柱体砝码、纺锤形砝码及质量测量装置；

所述质量测量装置包括真空腔体和设置在真空腔体内的质量比较仪和砝码旋转托盘；

所述纺锤形砝码与实心圆柱体砝码的体积相同、质量值相同，但表面积不同；

所述纺锤形砝码为多层结构，包括至少2个圆盘，相邻两个圆盘之间通过小圆柱体连接，所有圆盘和小圆柱体均同轴线设置。

所述真空腔体能够被抽真空，使得质量测量能够在真空条件下进行。

在所述质量比较仪上设置有防风罩；测量质量时，所述实心圆柱体砝码和纺锤形砝码是放置在防风罩内的。

所述质量比较仪采用具有自动交换秤盘功能的全自动质量比较仪，在其上设有称量工位；所述防风罩罩在所述称量工位上方。

所述实心圆柱体砝码的直径和高相等。

一种砝码表面吸附质量的测量方法，所述方法首先将实心圆柱体砝码和纺锤形砝码从空气环境中向真空环境中转移，测量转移程中发生的质量变化量，求得表面吸附变化率；然后将实心圆柱体砝码和纺锤形砝码从真空环境中向空气环境中转移，测量转移程中发生的质量变化量，求得表面吸附变化率，最后将两个表面吸附变化率结合求得实心圆柱体砝码和纺锤形砝码密度对应的砝码表面吸附率。

所述方法包括以下步骤：

(1)在空气环境下，利用质量比较仪测得实心圆柱体砝码和纺锤形砝码在空气环境下的质量值m_圆柱-air、m_纺锤-air；

(2)将所述真空腔体抽成真空状态，利用质量比较仪测得实心圆柱体砝码和纺锤形砝码在真空环境下的质量值m_{圆柱-vacuum}、m_{纺锤-vacuum}；

(3)向真空腔体内充入空气，使其内部恢复到空气环境，然后利用质量比较仪测得实心圆柱体砝码和纺锤形砝码在空气环境下的质量值m_圆柱-air′、m_纺锤-air′；

(4)利用步骤(1)和步骤(2)的测量结果，计算出空气环境到真空环境的表面吸附层变化率η₁：

其中，S_纺锤和S_圆柱分别表示纺锤形砝码和实心圆柱体砝码的表面积；

(5)利用步骤(2)和步骤(3)的测量结果，计算出真空环境到空气环境的表面吸附层变化率η₂：

(6)求得砝码表面吸附率η=η₁+η₂；

(7)计算出任意实心圆柱体砝码在环境改变后的吸附质量为：m_吸附质量=η·S_圆柱。