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砝碼的體積測量方法整理
砝碼的體積測量方法整理
測算砝碼的體積有幾種，小編整理了幾種，下面我們來看看；
1.2 聲學(xué)法
聲學(xué)法測量砝碼體積TKobata等人提出，是一種基于聲學(xué)原理的非接觸式砝碼體積測量方法 [4] 。聲學(xué)法砝碼體積測量裝置主要由兩個(gè)腔體組成，腔體間放置揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲學(xué)信號，利用理想氣體絕熱過程方程，通過測量聲壓變化計(jì)算得出砝碼體積。其中上腔體為參考腔，下腔體用于放置待測砝碼，揚(yáng)聲器發(fā)出的正弦調(diào)制信號產(chǎn)生聲波，兩腔體內(nèi)信號幅值相同，相位相反，聲壓信號由聲音采集卡接收，并經(jīng)信號調(diào)理電路傳輸至計(jì)算機(jī)處理，該測量裝置如圖2所示。
圖2 聲學(xué)法砝碼體積測量裝置示意圖
理想氣體絕熱過程公式如式(1)所示：
C pV = γ(1)其中p為聲壓，V為體積， γ 為絕熱系數(shù)，C為常數(shù)。對式(1)進(jìn)行微分可得，
VdVpdpγ − =，當(dāng)dp遠(yuǎn)小于p，dV遠(yuǎn)小于V時(shí)，可認(rèn)為 p dp ? = ， V dV ? = ，經(jīng)推導(dǎo)
可得：) 1 (00RRV V − =21
分別為放入待測砝碼前上下腔體的聲壓。放入待測砝碼前后上下腔體聲壓由聲音采集卡收集并經(jīng)數(shù)據(jù)處理可得，因此式(2)為二元一次方程，將已知體積的砝碼放入被測腔體即可求得參考腔體體積，再將待測砝碼放入腔體即可測量該砝碼體積，稱為單砝碼測量法。
*對聲學(xué)法體積測量裝置展開了研究 [5,6] ，提出了雙砝碼測量法，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)抓取砝碼和自動(dòng)測量體積，減少了人員因素對測量不確定度的影
，進(jìn)一步提高了測量可靠性。設(shè)V 1 、V 2 分別為已知體積的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，則：R RV R R V R RV−− + −=21 1 2 2 1) ( ) (
(3)
其中R 1 、R 2 、R分別為放入已知體積的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼及待測砝碼時(shí)的上下腔體內(nèi)聲壓比。聲學(xué)法作為建議推薦的砝碼體積測量方法之一，具有較高的測量精度，可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化測量，但
該方法在實(shí)際測量過程中對環(huán)境溫度及大氣條件要求較高，易受環(huán)境中聲波及人員活動(dòng)等諸多因素影響，測量精度提高面臨較大挑戰(zhàn)。
1.3 壓力法
在密閉腔體內(nèi)放置溫度、壓力和濕度傳感器，通過控制腔體內(nèi)溫度和壓力，利用質(zhì)量和體積已知的砝碼，可實(shí)現(xiàn)密閉環(huán)境內(nèi)質(zhì)量測量。 假設(shè)標(biāo)準(zhǔn) 砝碼、待測砝碼的質(zhì)量和體積分別記為M r 、V s 、M t 、V t ，砝碼質(zhì)量比較儀器測得的標(biāo)準(zhǔn)砝碼與待測砝碼的質(zhì)量差值為dl，密閉腔體的空氣密度為，則有公式：
( )a r t r tV V dl M M ρ − + = − (4)同時(shí)，溫度、濕度恒定時(shí)，利用壓力變化與質(zhì)量測量值間的關(guān)系可實(shí)現(xiàn)對砝碼體積的測量。該方法減少了人員及環(huán)境因素對質(zhì)量測量不確定度的影響，測量裝置如圖3所示。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量及體積的同時(shí)自動(dòng)測量，但要求測量環(huán)境為真空，且對環(huán)境溫度、壓力測量精度要求較高，測量不確定度受環(huán)境測量不確定度影響較大。
1.4 空間建模法
空間建模法是一種基于幾何原理的體積測量方法，分為接觸式空間建模法和非接觸式空間建模法。基于三坐標(biāo)測量機(jī)的砝碼體積測量方法屬接觸式空間建模法。借助三坐標(biāo)測量機(jī)，將待測砝碼體積的
測量轉(zhuǎn)化為對砝碼幾何點(diǎn)云的的測量，測得這些點(diǎn)第39卷 第10期 2017-10 【67】云的坐標(biāo)后，根空間坐標(biāo)值和相關(guān)算法，計(jì)算得到砝碼體積。
基于三坐標(biāo)測量機(jī)的砝碼體積測量不確定度主要受三坐標(biāo)測量機(jī)導(dǎo)軌線值誤差、測頭瞄準(zhǔn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)量示值誤差、由直線度角運(yùn)動(dòng)誤差引起的阿貝誤差、點(diǎn)云密度以及建模精讀等影響。其中，點(diǎn)云密度受其測頭精度及自由度限制，且測頭精度越高轉(zhuǎn)動(dòng)軸越多的三坐標(biāo)測量機(jī)價(jià)格越高，導(dǎo)致該方法無法廣泛應(yīng)用。
1.5 各類方法比較分析
現(xiàn)有砝碼體積測量方法總結(jié)如表1所示。 在 OMILR111建議給出的5種方法中，材料成分估算法、幾何尺寸計(jì)算法、排水體積估算法等3種方法操作簡單，便捷易行，但方法適用性較低，對砝碼材質(zhì)或構(gòu)形有一定要求，且測量精度偏低，無法開展高精度砝碼體積測量；靜水力法測量精度最高，但測量效率低，易受環(huán)境影響，且無法對有調(diào)整腔的砝碼進(jìn)行測量；聲學(xué)法是非接觸測量方法，測量精度較高，但對測量環(huán)境有一定要求。除OMIL R111建議給定的5種方法，壓力法、空間建模法也取得了較大進(jìn)展，這兩種方法測量精度較高，對待測砝碼材質(zhì)及構(gòu)形無要求。其中，壓力法測量效率偏低，對系統(tǒng)密閉腔的溫度、壓力控制精讀要求較高；空間建模法主要開展了采用三坐標(biāo)機(jī)的砝碼體積測量研究，屬接觸式測量，易對砝碼造成損傷。
---上海九津砝碼-----