[发明专利]一种基于自适应算法的测量垫块的设计方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于计量仪器领域，尤其是涉及利用基于液体静力法的体积测量系统中测量砝码体积所用的测量垫块的设计和应用，具体是基于自适应算法的测量垫块的设计方法及应用。

背景技术

物体的密度：为物体的质量除以其体积的商，公式为ρ＝m/v。由于砝码的质量测量是在空气中进行的，而根据阿基米德定理，物体所受到的浮力等于它所排开气体(液体)的质量。因此，对于高准确度的质量测量，需要知道被测砝码的体积，以便进行空气浮力修正，得到其准确的质量值。按照国际建议R111(2004版)和JJG99-2006《砝码》检定规程的要求，如果在海拔330米以上使用E₁等级、E₂等级砝码，须提供砝码的密度及其相应的不确定度。对于F₁等级砝码，如果在800米以上使用时，F₁等级砝码也应进行空气浮力修正。如：E₂等级的20g以上砝码都必须测量其体积；在海拔800米以上使用的F₁等级的50g以上砝码也需要实际测量体积。

目前的砝码体积测量方法有三种：一是将所使用的水或其它适宜的液体作为密度标准，或者以固体密度为基准的体积比较法，该方法适用于准确度等级较高的砝码；方法二，是通过基于声学的方法测量砝码的体积，该方法适用于各准确度等级的砝码，尤其是带有调整腔的砝码。方法三，JJG99‐2006《砝码》检定规程中提供了常用的合金列表，其中给出了各种材料的密度值和相应的不确定度，用户可根据需要使用。此方法适用于准确度等级较低的砝码。

在第一种方法中，常用到一种体积比较仪，如VC1005，该种体积比较仪的设计最大测量能力为1kg，最小分辨力为0.01mg。该种体积比较仪适用于1kg不锈钢砝码的体积测量，通常包括OIML形状、圆柱体形状等。若是对于1kg低密度材料的砝码(如铝合金)等材质的，或者是形状不同的(空心，纺锤形)砝码，这些特殊形状的砝码在质量科学计量当中都是常见的砝码类型，然而其由于高度超出了体积测量比较仪的使用范围，极大的限制了体积比较仪的使用范围，该种体积比较仪由于均是国外进口，若不能扩展其测量能力，就会限制其适用范围，浪费科研经费购置的设备。

因此，本发明中提出了一种砝码测量垫块的设计算法。

发明内容

为了克服已有的测量问题，本发明提供了一种有助于实现形状和高度超出范围的砝码体积的测量，而且能够将砝码稳固的基于自适应算法的测量垫块的设计方法。

本发明还提供了一种测量结果准确、误差小的用测量垫块进行砝码体积测量的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：在该测量垫块的表面加工有用于稳定待测砝码的凹槽，其是由以下步骤设计而成：

(1)设计一个立方体原料块，其体积为Vblock＝Bw·Bd·H；其中H为原料块的高度，Bw为原料块的宽度，Bd为原料块的长度，密度为ρ_d；

(2)在原料块的顶面上加工一个弧形凹槽，凹槽的槽深为dep，凹槽底部至原料块底面的高度为h，则h＝H-dep；

(3)设定凹槽的圆弧所对应的圆心角为θ，根据待测砝码的半径R，可得：

凹槽所对应的横截面为:

w为凹槽的槽口宽度；

则凹槽对应的体积为:V_cut＝S_cut×Bd

从而得到测量垫块的体积为V_d＝V_block-V_cut；

(4)在自适应计算机算法参数空间中的体积到期望体积的差异绝对值DV＝|V_exp-V_d|；

(5)在自适应计算机算法中，各种参数需满足如下约束条件：

其中：m_t、V_t、ρ_t分别为待测砝码的质量、体积、密度；

ρ₁表示用液体静力法体积测量的液体密度；

m_d、V_d、ρ_d分别为测量垫块的质量、体积、密度；

m_r、V_r、ρ_r分别为标准砝码的质量、体积、密度；

τ表示体积比较仪电子天平的电称量范围；

Max为体积比较仪电子天平的最大秤量；