压力计砝码质量校准应注意的一个问题
一、前 言
质量是物体的最重要属性之一, 它的计量在整个计量领域中有其特殊的地位, 这不仅是因为它是七个基本量之一, 而且还因为许多计量都要依赖于它。压力计量就离不开质量计量, 在压力计砝码的质量校准时, 若不准确, 则活塞压力计显示的压力就不准确 。
1.活塞压力计砝码质量的计算
测量压力的砝码的质量按下式计算 :m =pA(1 +ρa / ρ m )/g (1)式中 :m 为砝码质量( kg) ;p 为测量的压力值( Pa) ;A 为压力计活塞的有效面积(m 2 ) ;ρa 为空气密度(参考值 ρ a =1.2kg/m 3 ) ;ρ
m 为砝码的材料密度(钢 ρ m =7.8 ×10 3 kg/m 3 , 铝 ρ m =2.7 ×10 3 kg/m 3 ) ;g 为压力计使用地点的重力加速度(m/s2 ) 。对于一等压力计砝码的质量允许误差不大于 ±0.01%;对于二等压力计砝码的质量允许误差不大于 ±0.02%;对于三等压力计砝码的质量允许误差不大于 ±0.05%。很显然, 根据 JJG29 -90《一等标准活塞式压力计检定规程》和JJG59-90《二 、三等标准活塞式压力计检定规程》, 此处的 m 是指砝码的真空质量值, 即砝码的实际质量 。
二、压力计砝码的校准
根据JJG99-90《砝码试行检定规程》, 我们知道一等砝码采用真空质量值, 二等及以下准确度等级砝码一般采用折算质量值 。当使用单位要求给出真空中质量值时, 检定或校准单位应按用户要求给出真空中质量值。压力计砝码质量计算完后, 交质量检定人员校准, 校准给出的一般是折算质量, 除非进行了换算。由压力砝码质量的允许误差, 我们知道 :用二等标准砝码作标准, 辅以相应准确度的天平, 就可以校准压力计砝码, 若二等标准砝码证书中给出的修正值只是折算质量的修正值 。显然, 不符合压力计砝码质量计算公式中真空质量值的要求。
三、真空质量与折算质量
真空质量比较好理解, 即砝码在真空中质量的约定真值, 也就是说, 它是用质量值已知而准确度在规定范围内的上一级某标准砝码, 在天平或秤上测定这个砝码时, 所复现的真空中的引力质量的实际值 。折算质量就是一个实际砝码与材料密度为8.0g/cm 3 的假想砝码在空气密度为 0.0012g/cm 3 的条件下互相平衡, 后者的真空质量值就称为前者的折算质量值, 其中 8.0g/cm 3 称为砝码的统一约定密度 。我们一般的称量不可能在真空中进行, 由于各种砝码材料不可能一样, 同样重量的砝码, 体积就不可能完全一样, 因此在空气中的浮力就不一样, 于是就产生了两个问题:一是, 在砝码检定工作中, 如果标准砝码和被检砝码的材料不同, 为使检定结果正确, 就必须根据两砝码的体积, 进行空气浮力修正,这将非常麻烦。二是, 用不同材料制成真空质量值相等的砝码, 它们在空气中质量值并不相等 。
假如用它们来衡量同一物体, 自然会得到不同的衡量结果,
压力计砝码检定与规程就难于保证质量值的准确一致 。把不同材料的砝码的不同质量值, 在事先规定好的条件下以某一共同约定的密度值经过折算后来加以统一, 即引入折算质量的概念, 这就解决了上述两个问题, 这也就是为什么要引入折算质量这个概念的原因。
四 、真空质量与折算质量值的关系
压力计砝码折算质量值m
＊ 与真空质量值 m 的折算关系:m＊=m( 1-ρ a / ρ m )/(1-ρ a / ρ b ) (2)式中:m
＊ 为砝码折算质量( kg) ;ρb 为砝码的统一约定密度( ρ b =8.0g/cm 3 ) ;其余符号的意义同式
(1) 。如果用折算质量值代替真空质量值, 将引入误差, 用相对误差表示 :m＊ -m / m = ρa ( ρ m -ρ b ) /[ ρ m ( ρ b -ρ a )]
(3)压力计砝码用的材料是钢和铝 :如果砝码是钢, 假定钢 ρ m =7.8 ×10 3 kg/m 3 , ρ a=1.2kg/m 3 , 代入式( 3) , 则相对误差为0.0038%。如果砝码是铝, 假定铝 ρ m =2.7 ×10 3 kg/m 3 , ρ a=1.2kg/m 3 , 代入式( 3) , 则相对误差为 0.029%。钢的相对误差较小, 对于二、三等压力计砝码,用折算质量代替实际质量, 不会影响压力计的准确度 ;对于一等压力计砝码则要具体分析。而铝的相对误差较大, 对于一 、二等压力计砝码显然不能用折算质量代替实际质量, 至于三等压力计砝码则要具体分析。由式( 3) , 我们要可以看出当压力计砝码的材料密度接近砝码的统一约定密度时, 在空气密度为1.2kg/m 3 的条件下, 相对误差就会很小, 在满足压力计准确度要求的情况下, 可以用砝码折算质量代替实际质量。
五 、结论
通过上面的分析, 在压力计砝码校准时, 不要随便地不加分析地用折算质量代替实际质量, 应根据具体情况作必要的修正, 判别是否将实际质量换算成折算质量, 或标准砝码直接用实际质量 。在校准过程中, 还要注意空气浮力的修正问题 。
