壓力計砝碼質(zhì)量校準應注意的一個問題

一、前 言
質(zhì)量是物體的最重要屬性之一, 它的計量在整個計量領域中有其特殊的地位, 這不僅是因為它是七個基本量之一, 而且還因為許多計量都要依賴于它。壓力計量就離不開質(zhì)量計量, 在壓力計砝碼的質(zhì)量校準時, 若不準確, 則活塞壓力計顯示的壓力就不準確 。

1.活塞壓力計砝碼質(zhì)量的計算
測量壓力的砝碼的質(zhì)量按下式計算 :m =pA(1 + a / m )/g (1)式中 :m 為砝碼質(zhì)量( kg) ;p 為測量的壓力值( Pa) ;A 為壓力計活塞的有效面積(m 2 ) ; a 為空氣密度(參考值 a =1.2kg/m 3 ) ;
m 為砝碼的材料密度(鋼 m =7.8 10 3 kg/m 3 , 鋁 m =2.7 10 3 kg/m 3 ) ;g 為壓力計使用地點的重力加速度(m/s2 ) 。對于一等壓力計砝碼的質(zhì)量允許誤差不大于 0.01%;對于二等壓力計砝碼的質(zhì)量允許誤差不大于 0.02%;對于三等壓力計砝碼的質(zhì)量允許誤差不大于 0.05%。很顯然, 根據(jù) JJG29 -90《一等標準活塞式壓力計檢定規(guī)程》和JJG59-90《二 、三等標準活塞式壓力計檢定規(guī)程》, 此處的 m 是指砝碼的真空質(zhì)量值, 即砝碼的實際質(zhì)量 。

二、壓力計砝碼的校準
根據(jù)JJG99-90《砝碼試行檢定規(guī)程》, 我們知道一等砝碼采用真空質(zhì)量值, 二等及以下準確度等級砝碼一般采用折算質(zhì)量值 。當使用單位要求給出真空中質(zhì)量值時, 檢定或校準單位應按用戶要求給出真空中質(zhì)量值。壓力計砝碼質(zhì)量計算完后, 交質(zhì)量檢定人員校準, 校準給出的一般是折算質(zhì)量, 除非進行了換算。由壓力砝碼質(zhì)量的允許誤差, 我們知道 :用二等標準砝碼作標準, 輔以相應準確度的天平, 就可以校準壓力計砝碼, 若二等標準砝碼證書中給出的修正值只是折算質(zhì)量的修正值 。顯然, 不符合壓力計砝碼質(zhì)量計算公式中真空質(zhì)量值的要求。

三、真空質(zhì)量與折算質(zhì)量
真空質(zhì)量比較好理解, 即砝碼在真空中質(zhì)量的約定真值, 也就是說, 它是用質(zhì)量值已知而準確度在規(guī)定范圍內(nèi)的上一級某標準砝碼, 在天平或秤上測定這個砝碼時, 所復現(xiàn)的真空中的引力質(zhì)量的實際值 。折算質(zhì)量就是一個實際砝碼與材料密度為8.0g/cm 3 的假想砝碼在空氣密度為 0.0012g/cm 3 的條件下互相平衡, 后者的真空質(zhì)量值就稱為前者的折算質(zhì)量值, 其中 8.0g/cm 3 稱為砝碼的統(tǒng)一約定密度 。我們一般的稱量不可能在真空中進行, 由于各種砝碼材料不可能一樣, 同樣重量的砝碼, 體積就不可能完全一樣, 因此在空氣中的浮力就不一樣, 于是就產(chǎn)生了兩個問題:一是, 在砝碼檢定工作中, 如果標準砝碼和被檢砝碼的材料不同, 為使檢定結(jié)果正確, 就必須根據(jù)兩砝碼的體積, 進行空氣浮力修正,這將非常麻煩。二是, 用不同材料制成真空質(zhì)量值相等的砝碼, 它們在空氣中質(zhì)量值并不相等 。假如用它們來衡量同一物體, 自然會得到不同的衡量結(jié)果,

壓力計砝碼檢定與規(guī)程就難于保證質(zhì)量值的準確一致 。把不同材料的砝碼的不同質(zhì)量值, 在事先規(guī)定好的條件下以某一共同約定的密度值經(jīng)過折算后來加以統(tǒng)一, 即引入折算質(zhì)量的概念, 這就解決了上述兩個問題, 這也就是為什么要引入折算質(zhì)量這個概念的原因。

四 、真空質(zhì)量與折算質(zhì)量值的關系

壓力計砝碼折算質(zhì)量值m
＊ 與真空質(zhì)量值 m 的折算關系:m＊=m( 1- a / m )/(1- a / b ) (2)式中:m
＊ 為砝碼折算質(zhì)量( kg) ; b 為砝碼的統(tǒng)一約定密度( b =8.0g/cm 3 ) ;其余符號的意義同式
(1) 。如果用折算質(zhì)量值代替真空質(zhì)量值, 將引入誤差, 用相對誤差表示 :m＊ -m / m = a ( m - b ) /[ m ( b - a )]
(3)壓力計砝碼用的材料是鋼和鋁 :如果砝碼是鋼, 假定鋼 m =7.8 10 3 kg/m 3 , a=1.2kg/m 3 , 代入式( 3) , 則相對誤差為0.0038%。如果砝碼是鋁, 假定鋁 m =2.7 10 3 kg/m 3 , a=1.2kg/m 3 , 代入式( 3) , 則相對誤差為 0.029%。鋼的相對誤差較小, 對于二、三等壓力計砝碼,用折算質(zhì)量代替實際質(zhì)量, 不會影響壓力計的準確度 ;對于一等壓力計砝碼則要具體分析。而鋁的相對誤差較大, 對于一 、二等壓力計砝碼顯然不能用折算質(zhì)量代替實際質(zhì)量, 至于三等壓力計砝碼則要具體分析。由式( 3) , 我們要可以看出當壓力計砝碼的材料密度接近砝碼的統(tǒng)一約定密度時, 在空氣密度為1.2kg/m 3 的條件下, 相對誤差就會很小, 在滿足壓力計準確度要求的情況下, 可以用砝碼折算質(zhì)量代替實際質(zhì)量。

五 、結(jié)論
通過上面的分析, 在壓力計砝碼校準時, 不要隨便地不加分析地用折算質(zhì)量代替實際質(zhì)量, 應根據(jù)具體情況作必要的修正, 判別是否將實際質(zhì)量換算成折算質(zhì)量, 或標準砝碼直接用實際質(zhì)量 。在校準過程中, 還要注意空氣浮力的修正問題 。