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砝碼的真空質(zhì)量值和折算質(zhì)量值交流

*千克原器的質(zhì)量是真空質(zhì)量，也就是實(shí)際質(zhì)量值。為什么量傳到下面等級(jí)砝碼時(shí)會(huì)采用折算質(zhì)量?這是因?yàn)槲覈?guó)的砝碼制造材料有很多。根據(jù)砝碼等級(jí)的不同，*用的材料差別很大。砝碼的制造材料通常有JFI無(wú)磁不銹鋼、無(wú)磁不銹鋼、不銹鋼、銅合金、鑄鋼、鑄鐵、鋁合金，材料密度從2.7g/cm3到8.4g/cm3不等。當(dāng)借助天平，用砝碼作標(biāo)準(zhǔn)稱量物體時(shí)，如果使用實(shí)際質(zhì)量(真空質(zhì)量)相同、制造材料不同的砝碼，稱出物體的質(zhì)量會(huì)不同。這是因?yàn)楦鶕?jù)阿基米德定律:砝碼在空氣中衡量時(shí)會(huì)受到空氣浮力的影響，浮力大小等于砝碼排開空氣的重量。當(dāng)砝碼實(shí)際質(zhì)量(真空質(zhì)量)相同時(shí)，由于砝碼材料不同，導(dǎo)致砝碼的體積不同，由于空氣浮力的作用，砝碼在天平上稱出的質(zhì)量值也會(huì)不同。如兩個(gè)砝碼真空質(zhì)量值都是200.0000g，材料分別為不銹鋼和銅合金，材料密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3。它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)空氣密度中衡量的實(shí)際結(jié)果分別為199.9694g和199.9714g。當(dāng)沒有考慮空氣浮力，直接用這兩個(gè)砝碼200.0000g質(zhì)量值在天平上稱量同*被測(cè)物時(shí)，被測(cè)物的測(cè)量結(jié)果就會(huì)不同，兩者相差2mg。要想得到正確的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行空氣浮力修正。為此，必須實(shí)測(cè)砝碼和被衡量物體的體積和空氣密度。顯然，在*般性的衡量工作中，是很難做到這*點(diǎn)的。為了解決用不同材料的砝碼衡量同*種物體*得結(jié)果不*致的問題，可以利用真空天平進(jìn)行衡量，以排除空氣浮力的影響?；蛘咦?有砝碼均用同*種材料制造，使這*問題不復(fù)存在。然而這些方法都是不現(xiàn)實(shí)的。于是，有人想出了*種辦法，即利用折算的方法，把不同材料的砝碼的量值，換算成其密度為8.0g/cm3的砝碼的量值，即采用折算質(zhì)量值方法。砝碼的折算質(zhì)量值是:假想*個(gè)砝碼，在溫度為20℃、空氣密度為0.0012g/cm3的空氣中與*個(gè)材料密度為8.0g/cm3的標(biāo)準(zhǔn)器達(dá)到平衡，則該標(biāo)準(zhǔn)器的質(zhì)量即為該砝碼的折算質(zhì)量。

　　例如，當(dāng)兩個(gè)砝碼真空質(zhì)量值都是200.0000g，材料密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3時(shí)，通過(guò)上述公式計(jì)算得出的折算質(zhì)量值分別為199.99943g和200.00143g。通過(guò)換算使砝碼的材料密度都為8.0g/cm3，這樣不用考慮砝碼的體積，砝碼的質(zhì)量值與稱量結(jié)果相吻合，消除了由于砝碼真空質(zhì)量相同而材料密度不同*導(dǎo)致的被測(cè)物體的測(cè)量結(jié)果不同。*以，*般*度等級(jí)比較低的砝碼(如F2等級(jí)以下)，由于砝碼體帶有調(diào)整腔，不便于體積測(cè)量，它們的質(zhì)量值只給折算質(zhì)量值。

　　對(duì)于*度等級(jí)*的砝碼(如*千克副基準(zhǔn)砝碼、E1等級(jí)砝碼)，既給真空質(zhì)量值又給折算質(zhì)量值。對(duì)于E2等級(jí)砝碼、F1等級(jí)砝碼，按JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程規(guī)定只給折算質(zhì)量值，但是通常要實(shí)測(cè)砝碼體積。這是因?yàn)榘凑認(rèn)JG99-2006中折算質(zhì)量的計(jì)算公式，當(dāng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量計(jì)算被檢砝碼折算質(zhì)量時(shí)，計(jì)算公式中:mct——被檢砝碼折算質(zhì)量，g；mcr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼折算質(zhì)量，g；Vt——被檢砝碼體積，cm3；Vr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼體積，cm3；ρa——實(shí)驗(yàn)室實(shí)際空氣密度，g/cm3；ρ0——標(biāo)準(zhǔn)空氣密度(ρ0=1.2mg/cm3)；ΔI——被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼在天平上顯示的質(zhì)量差值；mcs——測(cè)天平靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)小砝碼；ΔIs——天平放上測(cè)靈敏度的小砝碼后示值的變化量。

　　通過(guò)上述公式計(jì)算可知，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室海拔*度在800m以下時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際空氣密度ρa與標(biāo)準(zhǔn)空氣密度ρ0接近，空氣浮力部分(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)引起的質(zhì)量差值遠(yuǎn)小于JJG99-2006中規(guī)定的砝碼質(zhì)量大允許誤差的1/9，按照J(rèn)JG99-2006的要求，該部分差值可忽略。當(dāng)海拔*度在800m以上時(shí)，實(shí)際空氣密度ρa與標(biāo)準(zhǔn)空氣密度會(huì)相差10%以上，空氣浮力引起的質(zhì)量差值就很大，超過(guò)JJG99-2006的要求。該部分差值不可忽略必須計(jì)算。例如:甘肅省空氣密度平均值為1.012mg/cm3，對(duì)于兩個(gè)200g砝碼，密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3，由空氣浮力引起的質(zhì)量差值等于m=(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)=(200/8.4-200/7.85)×(1.012-1.2)=0.314g，大于F1等級(jí)200g砝碼質(zhì)量大允許誤差的1/9，該部分差值不能忽略必須計(jì)算。這時(shí)需實(shí)測(cè)被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積或密度。計(jì)算砝碼體積或密度必須使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼的真空質(zhì)量值，因此需要將砝碼的折算質(zhì)量值換算成真空質(zhì)量值。在實(shí)際生活中，通常描述*個(gè)物體的質(zhì)量時(shí)，使用的是物體的折算質(zhì)量。但對(duì)于某些*砝碼，或當(dāng)用戶有特殊需要時(shí)，或當(dāng)使用地點(diǎn)的海拔達(dá)到*定*度時(shí)，就要用到物體的真空質(zhì)量值。這時(shí)需要把折算質(zhì)量值換算成真空質(zhì)量值。

　　為此，筆者建議在工作中使用*度級(jí)別*的砝碼和用于校準(zhǔn)天平的砝碼，或在*定海拔*度時(shí)盡量使用密度為8.0g/cm3的砝碼，以減少衡量過(guò)程中稱量誤差及真空質(zhì)量與折算質(zhì)量之間換算的麻煩。