質(zhì)量測(cè)量修正方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開屬于計(jì)量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種質(zhì)量測(cè)量修正方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在計(jì)量領(lǐng)域，質(zhì)量測(cè)量是非常重要的內(nèi)容。通常的砝碼質(zhì)量測(cè)量過程是在空氣中 進(jìn)行的，砝碼會(huì)受到空氣浮力的影響，因此需要將空氣浮力部分進(jìn)行修正。通常是用傳感器 對(duì)環(huán)境參數(shù)如大氣壓力、溫度、濕度、CO 2，以及相應(yīng)的公式計(jì)算出空氣密度，接著與砝碼體 積相乘，得到空氣浮力的大小。在高準(zhǔn)確度質(zhì)量測(cè)量過程中，通常會(huì)測(cè)量較長的一段時(shí)間， 在測(cè)量期間的環(huán)境參數(shù)會(huì)發(fā)生一定的波動(dòng)，若取環(huán)境參數(shù)的平均值來計(jì)算空氣密度，會(huì)進(jìn) 一步導(dǎo)致質(zhì)量測(cè)量的不確定度較大。
[0003] 此外，保存在空氣中的砝碼不可避免的會(huì)在表面沾染水分、灰塵以及各種有機(jī)物、 氧化物，這些統(tǒng)稱為表面吸附質(zhì)量。在2018年質(zhì)量單位重新定義以后，未來的千克質(zhì)量基 準(zhǔn)是保存在真空狀態(tài)下的。而日常用的工作標(biāo)準(zhǔn)等是在空氣中進(jìn)行質(zhì)量量值傳遞的，該工 作標(biāo)準(zhǔn)要與千克質(zhì)量基準(zhǔn)保持量值一致，需將其傳遞到真空狀態(tài)中進(jìn)行質(zhì)量的比較，在完 成質(zhì)量測(cè)量后，再從真空狀態(tài)下移出到空氣狀態(tài)下，作為日常工作的最高標(biāo)準(zhǔn)。可見，該質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常會(huì)從"空氣"轉(zhuǎn)移到"真空"，再從"真空"轉(zhuǎn)移到"空氣"狀態(tài)，在轉(zhuǎn)移過程中，發(fā) 生的解吸附現(xiàn)象會(huì)對(duì)質(zhì)量值造成影響。
[0004] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，無法對(duì)在真空和空氣兩種環(huán)境下來回傳遞并進(jìn)行質(zhì) 量測(cè)量時(shí)準(zhǔn)確去除空氣浮力的影響，也沒有消除表面吸附質(zhì)量，因此，有必要開發(fā)一種高準(zhǔn) 確度的質(zhì)量測(cè)量修正方法。
[0005] 公開于本發(fā)明【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本公開的一般【背景技術(shù)】的理 解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有 技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本公開提出了一種高準(zhǔn)確度的質(zhì)量測(cè)量修正方法及系統(tǒng)，該方法能夠通過計(jì)算空 氣浮力和表面吸附質(zhì)量，修正空氣浮力和表面吸附質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算待測(cè)物體的真空質(zhì)量值， 從而提高質(zhì)量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
[0007] 根據(jù)本公開的一方面，提出了一種質(zhì)量測(cè)量修正方法，該方法可以包括以下步驟： 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼進(jìn)行多次測(cè)量，以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的多個(gè)示值；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝 碼和待測(cè)砝碼的多個(gè)示值進(jìn)行空氣浮力修正和表面吸附質(zhì)量修正，以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè) 砝碼的修正后的多個(gè)示值；基于修正后的多個(gè)示值計(jì)算待測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的示值差 值；以及基于示值差值計(jì)算待測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的真空質(zhì)量差值，以獲得待測(cè)砝碼的 質(zhì)量，其中，所述空氣浮力修正包括：基于表面積相同而體積不同的第一修正砝碼和第二 修正砝碼在真空狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值和在空氣狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值，計(jì)算空氣密度； 基于所述空氣密度與標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的體積以計(jì)算空氣浮力，以進(jìn)行空氣浮力修正， 以及其中，所述表面吸附質(zhì)量修正包括：基于體積相同而表面積不同的第三修正砝碼和第 四修正砝碼在真空狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值和在空氣狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值，計(jì)算表面吸附 率；基于表面吸附率與標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的表面積以計(jì)算表面吸附質(zhì)量，以進(jìn)行表面吸 附質(zhì)量修正。
[0008] 根據(jù)本公開的另一方面，提出了一種質(zhì)量測(cè)量修正系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括：砝碼旋 轉(zhuǎn)托盤，在所述砝碼旋轉(zhuǎn)托盤上能夠放置砝碼，并在旋轉(zhuǎn)過程中傳遞要測(cè)量的砝碼；質(zhì)量測(cè) 量裝置，其能夠獲得砝碼的示值；以及外殼，其限定腔體，所述腔體能夠處于真空狀態(tài)和空 氣狀態(tài)，所述腔體容納所述砝碼旋轉(zhuǎn)托盤和所述質(zhì)量測(cè)量裝置。
[0009] 本公開的方法和系統(tǒng)具有其它的特性和優(yōu)點(diǎn)，這些特性和優(yōu)點(diǎn)從并入本文中的附 圖和隨后的具體實(shí)施例中將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施 例中進(jìn)行詳細(xì)陳述，這些附圖和具體實(shí)施例共同用于解釋本公開的特定原理。
【附圖說明】
[0010] 通過結(jié)合附圖對(duì)本公開示例性實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它 目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實(shí)施例中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常 代表相同部件。
[0011]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量測(cè)量修正方法的步驟的流程圖。
[0012] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量測(cè)量修正系統(tǒng)的示意圖。
[0013] 圖3示出了根據(jù)一個(gè)示例的各種砝碼放置在砝碼旋轉(zhuǎn)托盤上的位置的示意圖。
[0014] 圖4a和4b示出了根據(jù)一個(gè)示例的第一修正砝碼和第二修正砝碼的示意圖。
[0015] 圖5a和5b示出了根據(jù)一個(gè)示例的第三修正砝碼和第四修正砝碼的示意圖。
[0016] 圖6示出了根據(jù)一個(gè)示例的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的修正后的示值的差值的 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的 優(yōu)選實(shí)施例，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限 制。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整 地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的質(zhì)量測(cè)量修正方法的步驟的流程圖。根 據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的質(zhì)量測(cè)量修正方法可以包括：步驟101，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝 碼進(jìn)行多次測(cè)量，以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的多個(gè)示值；步驟102,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝 碼的多個(gè)示值進(jìn)行空氣浮力修正和表面吸附質(zhì)量修正，以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的修正 后的多個(gè)示值；步驟103,基于修正后的多個(gè)示值計(jì)算待測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的示值差 值；以及步驟104,基于示值差值計(jì)算待測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的真空質(zhì)量差值，以獲得待 測(cè)砝碼的質(zhì)量。其中，空氣浮力修正可以包括：基于表面積相同而體積不同的第一修正砝碼 和第二修正砝碼在真空狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值和在空氣狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值，計(jì)算空氣 密度；基于空氣密度與標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的體積以計(jì)算空氣浮力，以進(jìn)行空氣浮力修正， 并且其中，表面吸附質(zhì)量修正可以包括：基于體積相同而表面積不同的第三修正砝碼和第 四修正砝碼在真空狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值和在空氣狀態(tài)下測(cè)得的質(zhì)量差值，計(jì)算表面吸附 率；基于表面吸附率與標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的表面積以計(jì)算表面吸附質(zhì)量，以進(jìn)行表面吸 附質(zhì)量修正。
[0020] 根據(jù)該實(shí)施例的質(zhì)量測(cè)量修正方法，能夠通過計(jì)算空氣浮力和表面吸附質(zhì)量，修 正空氣浮力和表面吸附質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算待測(cè)物體的真空質(zhì)量值，實(shí)現(xiàn)了提高質(zhì)量測(cè)量的準(zhǔn) 確度的技術(shù)效果。
[0021] 測(cè)量原理
[0022] 在真空狀態(tài)下，沒有空氣浮力的影響，表面吸附的物質(zhì)也會(huì)隨著抽真空的狀態(tài)被 分解掉（解吸附），在質(zhì)量測(cè)量裝置（例如，質(zhì)量比較儀）上比較可得到標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝 碼的示值差值，其公式可以表示為：
[0024] 其中，πν可以表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量且為已知，m t可以表示待測(cè)砝碼的質(zhì)量，m s可以 表示靈敏度砝碼的質(zhì)量，A Is可以表示由于靈敏度砝碼放到質(zhì)量比較儀（例如，天平）秤盤 上帶來的示值變化，
可以表示進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量采用的質(zhì)量比較儀的靈敏度系數(shù)（單位： mg/格），△ I可以表示將待測(cè)砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼在質(zhì)量比較儀上比較后的天平示值格差（單 位：格）。
[0025] 在空氣狀態(tài)下，每個(gè)砝碼都有各自的吸附質(zhì)量，并且會(huì)受到空氣浮力的影響，則公 式⑴可以擴(kuò)展為：
[0027] 其中，P a可以表示空氣密度，V t可以表示待測(cè)砝碼的體積，V 以表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的體積，可以表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼的表面吸附質(zhì)量，mt Mi可以表示待測(cè)砝碼的表面吸附質(zhì) 量。
[0028] 基于公式（2)，待測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的真空質(zhì)量差值Δ m可以表示為：
[0030] 由此可見，在實(shí)際的測(cè)量中，待測(cè)砝碼受到空氣浮力和表面吸附質(zhì)量的影響，只有 用天平示值去掉空氣浮力的影響和表面吸附質(zhì)量的影響，才能真正得到待測(cè)砝碼的真空質(zhì) 量值。
[0031] 獲得多個(gè)示倌
[0032] 在一個(gè)示例中，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼進(jìn)行多次測(cè)量，以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待 測(cè)砝碼的多個(gè)示值。
[0033] 可以將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放置在天平上，讀取示值Ia，然后移除標(biāo)準(zhǔn)砝碼，將待測(cè)砝碼放置 在天平上，讀取示值I b?？梢愿鶕?jù)這樣的步驟依次進(jìn)行N次測(cè)量，得到標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼 的下述兩組測(cè)量結(jié)果：
[0034] Iai、！A2、......、！An、......、Ia(N1)、！AN，
[0035] IB1、IB2、......、工Bn、......、工B(N 1)、！BN，
[0036] 其中，IAn表示第n次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的示值，I Bn表示第n次測(cè)量的待測(cè)砝碼的示 值。
[0037] 也即，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的多個(gè)示值。
[0038] 苧氣浮力修ιΗ及苧氣密度測(cè)量的不確宙度評(píng)估
[0039] 在一個(gè)示例中，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的多個(gè)示值進(jìn)行空氣浮力修正，以獲 得標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待測(cè)砝碼的經(jīng)空氣浮力修正后的多個(gè)示值。其中，空氣浮力修正可以包括：基