2质量计量

颜幸尧[e-mail]1第一章质量计量技术•1、质量计量概念•2、衡量•3、砝码•4、天平•5、机械杠杆秤•6、电子天平•7、电子秤2重点内容：质量与衡量概念;空气浮力的影响;折算质量；天平的分类、结构、分级、计量性能指标及检定定方法；机械杠杆秤原理、分类、结构以及检定方法；电子天平的原理、分类、结构以及检定方法；电子秤的原理、分类、结构以及检定方法；31）第一种属性：引力场2.1质量计量概念1、质量的概念引力质量是物体之间相互引力的量度物体的两种基本属性－引力场&惯性天平等衡器4第二种属性：惯性惯性质量是物体抵抗外力改变其原有的机械运动的能力质谱仪53)两种质量的关系a.是两种不同的物理属性，概念上有区别；b.有严格的正比关系；当采用国际单位置时相等；c.采用不同的仪器测量获得。6物体的质量并不是恒量7分数单位包括：千克：1kg=1kg克：g=0.001kg毫克：mg=0.001g微克:μg=0.001mg纳克：ng=0.001μg倍数单位有：吨：1t=1000kg2.1质量计量概念2、质量的计量单位8•质量的基准是实物国际千克原器KⅢ•法国规定在4℃时1立方•分米纯水的质量为1千克。国际千克原器：90%铂+10%铱，圆柱体，高和直径均为39mm910中国的千克原器A、材料：90%铂+10%铱；外形：高和直径均为39mm的圆柱体。B、国家基准：No.61:46.3799cm3;1kg+0.251mg;旁证基准：No.60:46.3867cm3;1kg+0.295mg;以上基准分别保存在中国计量院成都分院和北京分院。No.61在文革中损坏，所以目前使用的基准为：C、国家基准：No.60:46.3867cm3;1kg+0.295mg;旁证基准：No.64:46.3908cm3;1kg+0.249mg;11千克原器存在的问题在2007年的一次检查中，相关人员发现有118年历史的国际千克原器减轻了大约50微克。12阿伏加德罗计划由99.99%纯度的“硅28”制成。利用激光学干扰仪从球体表面上随机选择60000个点，测量每个点彼此间的距离，以确保这个圆球体是世界上最完美最精确的球。利用X射线晶体检测器来测量球体硅28原子之间的空间距离，确定在一些极端条件下该球体不发生明显的原子变化。这个球是如此完美，即使把它放大到地球那么大，它的最高点也仅高出海平面2.4米，表面上只能看到12毫米到15毫米高的皱褶。“最圆的球”1314目前最新的masscomparator1516质量计量：借助天平或秤、千克原器或砝码（量具）等计量器具，采用直接或间接组合测量等方法，求出被测物体的质量值而进行的一系列测量工作。质量计量器具检定系统：用来规定质量的国家基准通过各级质量计量标准向质量工作计量器具传递质量单位量值的一套程序，并指明不确定度和基本检定方法。见图1-1（P6-7）2.1质量计量概念3.质量计量器具检定系统17衡量：被称物体的重力与已知质量的标准砝码的重力，在衡器上进行比较的过程常见的衡量原理主要有：杠杆原理、弹性元件变形原理、液压原理、力-电转换原理2.2衡量1.衡量原理18杠杆原理：若：P1=m1g1P2=m2g2平衡时，P1l1=P2l2若l1=l2，g1=g2，则m1=m2杠杆天平、台秤、案秤均采用的是杠杆原理。衡量所测结果是质量。19弹性元件变形原理虎克定律：L1＝L0＋kG=L0＋kmg弹簧秤测的是物体的重量20液压原理：帕斯卡原理：液压原理测的是物体的质量液压材料试验机12112122PPAPPAAA21力-电转换原理通过力-电转换元件，将作用于其上的物体重力按一定的函数关系，转换成电量（如电压、电流、电容、频率等）输出，然后用测量仪表显示出来。典型的力-电转换元件有：称重传感器、电磁力变换器、石英晶体力-电转换原理衡量所得的结果是物体的重量22各类称重传感器23反映到杠杆或秤等衡器上，空气浮力的影响为：若衡器两力臂长相等,也即a=b，将上式中体积V1,2分别用相应砝码质量和密度表示，则：2.2衡量2.空气浮力的影响空气浮力为：24若砝码1和砝码2的材料密度相同：若砝码体积已知则：若砝码1和2材料密度不同，则需考虑浮力影响：25若空气密度不实测，而以平均空气密度ρ1.2代入，则有以下误差：其中，问题:如何避免或减少砝码密度不同时,空气浮力的影响?26定义：当一只实际砝码与另一只材料密度为8×103kg/m3的假想砝码，在空气密度为1.2kg/m3的条件下相平衡，则后者在真空中的质量值就是前者的折算质量。2.2衡量3.折算质量M×g-V×P1.2×g=M8.0×g-V8.0×P1.2×g27若两只砝码折算质量m相等，则对同一物体衡量时，必然有以下平衡式：2.2衡量3.折算质量28若现场空气密度有变化△ρk，两个不同材料制成的折算质量砝码又会产生质量差△m*：可见，采用折算质量，仍存在浮力误差的问题。但是，△V△ρk比△Vρk要小一个数量级以上。因此，采用折算质量的方法，可减少浮力误差，且避免了烦杂的体积测定及空气密度测定。29误差项为：△V△ρk若该项误差小于被检要求准确度1/5时，便可忽略。30已知折算质量，求其在真空中的真实质量：已知真空质量，求其折算质量：31作业:①什么是质量？它与重量的区别是什么？②什么是衡量？简述衡量原理并举例。③为什么要进行空气浮力的修正？如何修正？④什么是折算质量？若有砝码1，密度为8.4g/cm3，它和另一密度为9.6g/cm3质量为2kg的砝码在空气密度为1.2mg/cm3等臂平衡，试求出砝码1的折算质量。32特点：速度快，但准确度不高，没有消除天平的不等臂误差2.2衡量4.常用衡量方法（一）比例称量法（直接称量法）33（二）替代称量法（波尔达称量法）特点：属于精密衡量方法，可以消除天平的不等臂误差34（三）连续称量法（门捷列夫称量法）特点：可消除天平的不等臂误差，速度快，常用来检定砝码组。其一般形式为：35需注意：a、砝码总质量不能超过天平的最大秤量；b、质量较小的砝码能满足准确度要求，否则应当更换天平；c、标准砝码与检验砝码不要混淆（三）连续称量法（门捷列夫称量法）36（四）交换称量法（高斯称量法）特点：属于精密测量法，可消除天平的不等臂误差。其一般形式为：37几种称量法的比较名称特点比例称量法（直接称量法）速度快，准确度不高替代称量法（波尔达称重法）程序较为复杂，精密度高连续替代法（门捷列夫称量法）适合于检定成组砝码，精确度高，但对砝码质量有限制交换称量法（高斯称量法）精密度高，程序复杂38砝码：一种以固定形式复现一给定质量的一种“从属的实物量具”，具有其规定的物理和计量学特性，包括“形状、尺寸、材料、表面品质、标称值、最大允许误差“等。2.3砝码1.砝码的名词解释39砝码的实际质量：砝码经过测量后所确定的质量值;砝码的真空中质量：砝码在真空中测定的真实质量;砝码的折算质量40砝码的检定准确度：是根据砝码经测定后确定的实际质量值与其真正的质量值（真值）之间的符合程度。一般以测定该砝码的综合极限误差来表示;砝码的修正值：(等砝码)砝码的实际质量值与标称值之差砝码的质量允差：(级砝码)法规规定的在制造调修时砝码的质量允许偏离标称值的最大差值41稳定性好，物理和化学性能稳定，不易受外界介质腐蚀作用；具一定硬度，坚固耐磨；抗磁性好，磁化率小，对磁场作用不敏感；材料密度组织紧密，没有孔隙，以免吸收和排放气体或水分影响质量稳定材料密度接近砝码统一的约定密度8.0g/cm3。2.3砝码2.砝码的材料42实际砝码的材料国际千克原器和国家千克基准和副基准均由铂铱合金制造高准确度砝码多采用奥氏体不锈钢；准确度稍低些采用黄铜和青铜；再低些采用碳钢、铸铁；毫克砝码一般用不锈钢或铝。43尽可能减少表面积减少腐蚀与污染；外表光洁度尽量高减少摩擦：高准确砝码及毫克组成的砝码必须制成实体；准确度稍低的可制成具有调整腔体的空心体，填充材料最好与砝码材料相同或相近不易氧化；各级准确度的毫克砝码，可做成片状或线状，形状应易于夹取（一般采取边角折弯）。2.3砝码3.砝码的结构44砝码的组合原则是以最少个数的砝码能组成所需要的任何质量；常用的组合方式有：5、3、2、1；5、2、2、1；5、2、1、1。我国和世界不少国家均采用5、2、2、1组合。2.3砝码4.砝码的组合45作业2常用的衡量方法有哪几种？哪些属于精密秤量法？用公式说明高斯法如何去除不等臂误差。46按工作原理分类：杠杆天平：杠杆原理扭力天平：弹性变形原理；液压天平：液压原理；电子天平：力-电转换原理。2.4天平1.天平的结构471结构示意图（TG328B型分析天平）横梁立柱制动系统悬挂系统框罩读数系统等。（一）等臂双盘杠杆天平4849505152(二)不等臂单盘杠杆天平1托盘；2称盘；3挂砝码；4重点刀；5吊耳；6横梁；7平衡螺丝；8支点刀和刀承；9空气阻尼片；10平衡砣；11阻尼筒；12微分刻度尺；53（四）天平的稳定条件稳定条件：(Q0+Q+P0+P)hm+Rhc0ABFEODHChchehmQPbaGO:支点刀；A:重点刀；B:力点刀；AB：横梁；EF:游码标尺C:横梁重心；H:游码标尺及游码重心；541、稳定性定义：天平在平衡状态下，受到扰动后能恢复到原来平衡位置的能力。各参数对稳定性的影响hm0:hm=0;hm0;hc0:hc=0;hc0;定义见书本(Q0+Q+P0+P)hm+Rhc0(五)天平的计量性能hm尽量调在等于零的位置，稳定性主要取决于横梁的重心位置hc，重心在刀刃下面越低稳定性越好。552、天平的灵敏性定义：天平的灵敏性也称灵敏度，反应天平观察放在秤盘上的物体质量改变量的能力。a、角灵敏度Eα=α/pb、线灵敏度EL=nλ/pc、分度灵敏度En=n/pd、分度值e=p/nn:指针尖沿标尺移动的分度数；λ:标尺上一个分度的宽度；α：指针的角位移；p：指针产生位移的质量值。通常用天平分度值来表示天平的灵敏性。56各参数对灵敏度的影响线灵敏度：EL=nλ/p=La/[(Q0+Q+P0+P)hm+Rhc+Ghe]分度灵敏度：En=n/p=La/λ[(Q0+Q+P0+P)hm+Rhc+Ghe]分度值：e=p/n=λ[(Q0+Q+P0+P)hm+Rhc+Ghe]/Lan:指针尖沿标尺移动的分度数；λ:标尺上一个分度的宽度（刻度间距）；p：指针产生位移的质量值。hm:两边刀连线到支点刀的距离；hc:横梁中心到支点刀的距离；he：游码标尺及游码的重心到支点刀距离。R:横梁质量；G:游码质量；a:臂长；L：指针长度。57各参数对灵敏度影响小结R加大，灵敏度降低；a加大，灵敏度提高；与Rhc相比，Ghe影响可忽略；hm的影响：hm0:灵敏度随载荷增加而降低；hm=0:灵敏度与载荷无关；hm0:灵敏度随载荷增加而提高；583天平的正确性定义：天平的正确性就是指横梁的左、右两臂具有正确固定的比值。【或：天平示值的正确性，它表示天平示值接近真值的能力】不正确性定义：天平的不正确性又叫不等臂性，其表达式为：∆P=Q-P=P∆a/a特点：误差与载荷大小成比例59不等臂误差来源有：a、制造工艺和生产（调整）工人技术水平的影响；b、横梁的用材不稳定，加工或装配应力的释放，使两臂比例关系改变；c、天平两臂不均匀受热。604天平的示值不变性定义：天平示值的不变性是指在相同条件下对同一物体连续重复称量，各次所得结果的一致性程度。影响因素：P20a温度∆a、∆hc、∆hm、∆he；b天平刀子和刀承配置状态；c游码变动；d读数机构；e横梁重心铊和平衡铊及其螺杆松动;外界振动;天平外罩不严密;水平变动等。612.4天平五.天平的分级62I、II级机械杠杆天平根据最大秤量与检定标尺分度值之比