不同材料砝碼的體積測(cè)量關(guān)系

不同材料的砝碼的聲學(xué)阻抗不同，其在測(cè)量中對(duì)測(cè)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(cè)對(duì)象行測(cè)量。為減 小 非 線 性 對(duì) 系 統(tǒng) 帶 來(lái) 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(cè)量 10 次。

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

（1） 測(cè)量均值的不確定度。基于統(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(cè)量過(guò)程測(cè)量 10 次，則 n=10，測(cè)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(lái)的不確定度含在該不確定度內(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)得到。流體靜力稱重體積測(cè)量的不確定度分量主要是水的密度。 

（4） 其他不確定度來(lái)源。聲學(xué)非接觸式體積測(cè)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(cè)量中僅使用 OIML 類型的砝碼為參考和測(cè)試砝碼，比較測(cè)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(cè)量中各個(gè)分量互不相關(guān)，合成不確定度 uc=ua2+uε2+ur 姨 2 。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(cè)量的方法可以應(yīng)用于不同材料的標(biāo)準(zhǔn)砝碼體積測(cè)量。本文給出了 5kg~20kg 的不同材料砝碼體積測(cè)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(cè)量中對(duì)測(cè)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(cè)量頻率的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，分析了測(cè)量不確定度，所有標(biāo)稱砝碼的相對(duì)擴(kuò)展不確定度值均小于 6×10-4。結(jié)果表明，對(duì)于不同材料的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，聲學(xué)非接觸式體積測(cè)量方法用于體積測(cè)量是*可行的，能夠獲得的結(jié)果