不同材質(zhì)的砝碼與體積測量的關(guān)系

不同材料的砝碼的聲學(xué)阻抗不同，其在測量中對測量結(jié)果的影響也不同，為此選取了不同材料的鋼制、銅制砝碼作為被測對象進(jìn)行測量。為減 小 非 線 性 對 系 統(tǒng) 帶 來 的 影 響 ， 試 驗(yàn) 選 取 了1kg~20kg 范圍的每個(gè)標(biāo)稱質(zhì)量下制作 3 個(gè) F1 級(jí)砝碼，體積分別為標(biāo)稱質(zhì)量下的 0.95 倍、1.0 倍和1.05 倍，定義體積標(biāo)準(zhǔn)偏差 σX=s/姨10 ，s 為單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，每組測量 10 次。

砝碼測量結(jié)果的不確定度分析為了評(píng)價(jià)上述方法測量得到砝碼體積的可信度，把砝碼聲學(xué)非接觸式體積測量的方法和流體靜力稱重體積測量法進(jìn)行比較，所有的實(shí)驗(yàn)在溫度為 25℃，相對濕度為 55％的恒溫恒濕環(huán)境條件下進(jìn)行。系統(tǒng)的不確定度主要來源于聲學(xué)法測量平均值本身與液態(tài)靜力法測量值之間的差值以及液體靜力法測量值本身的不確定度。 

（1） 測量均值的不確定度?；诮y(tǒng)計(jì)學(xué)方法的A 類不確定度評(píng)定。如表 2，由于每個(gè)測量過程測量 10 次，則 n=10，測量均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ua=s/姨10 。 

（2） 非線性不確定度。非線性標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uε由表 2 的 ε 線性度偏差估計(jì)得到，其采用 B 類評(píng)定。表面積的影響帶來的不確定度包含在該不確定度內(nèi)。當(dāng) uε 假定為矩形分布，uε 由 ε/姨10 計(jì)算得到。 

（3） 參考體積的不確定度。參考砝碼的體積不確定度 ur 由流體靜力稱重法評(píng)價(jià)得到。流體靜力稱重體積測量的不確定度分量主要是水的密度。 

（4） 其他不確定度來源。聲學(xué)非接觸式體積測量的其他的不確定度和砝碼的表面形狀和粗糙度有關(guān)。但在測量中僅使用 OIML 類型的砝碼為參考和測試砝碼，比較測量的范圍在標(biāo)準(zhǔn)體積的 0.95倍 ~1.05 倍的范圍內(nèi)，因此，以上的不確定度在本文的例子中可以忽略不計(jì)。測量中各個(gè)分量互不相關(guān)，合成不確定度 uc=ua2+uε2+ur 姨 2 。包含因子 k 根據(jù)有效自由度計(jì)算得到。合成分布接近正態(tài)分布，擴(kuò)展不確定度 U取 k=2。 

結(jié)論本文提出的聲學(xué)非接觸式體積測量的方法可以應(yīng)用于不同材料的標(biāo)準(zhǔn)砝碼體積測量。本文給出了 5kg~20kg 的不同材料砝碼體積測量的實(shí)例，如表 3 所示。結(jié)合實(shí)例實(shí)驗(yàn)確定了影響聲學(xué)法非接觸砝碼體積測量中對測量結(jié)果影響的空腔體積、技術(shù)交流 Technology Exchange23信號(hào)增益和測量頻率的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)測量結(jié)果，分析了測量不確定度，所有標(biāo)稱砝碼的相對擴(kuò)展不確定度值均小于 6×10-4。結(jié)果表明，對于不同材料的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，聲學(xué)非接觸式體積測量方法用于體積測量是*可行的，能夠獲得的結(jié)果