CN102435287B - 一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置，用于E₁等级砝码质量测量中的空气浮力修正值的测量计算。在密闭箱体中设有放置砝码的腔体，腔体中设置有声音输出装置，利用声压采集装置采集声压信号。腔体外部放置的温度传感器、湿度传感器、压力传感器、CO₂传感器分别采集相应的空气环境参数值。声压信号值和空气环境参数值均传递给综合信号采集处理卡，与综合信号采集处理卡连接的电脑接收到综合信号采集处理卡提供的信号数据，进行运算处理。计算出环境空气密度和砝码体积值，进而得出砝码质量测量中的空气浮力修正值。由于本发明采用将砝码体积测量与环境空气密度测量结合为一体的方式实现，节省了测量步骤，在同一环境中得出体积和空气密度测量结果，测量结果受环境影响小，结果准确性大大提高。

Description

一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置

技术领域：

本发明涉及一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置，特别是用于E₁等级砝码质量测量中的空气浮力修正装置，测量到得空气浮力用于修正砝码质量测量结果。

背景技术：

现有的E₁等级砝码质量测量工作中，为了得到精确的测量结果，通常会考虑空气浮力的影响。需要测量、计算出砝码在测量环境中受到的空气浮力值，以计算经过空气浮力修正的质量测量结果。现有的空气浮力修正的方式是检测周围空气环境的温度、湿度、空气压力，分别用温度、湿度、压力传感器来测量环境的温度、湿度、压力值，然后计算空气密度。而砝码体积通过液体静力法测量，需要把砝码放入水中，测量砝码体积，砝码表面易沾上液体，若不及时擦拭，易对砝码表面造成腐蚀、损伤，而且该测量过程需要将砝码放入水中、测量体积，再测量周围的环境参数。这样需要多个测量步骤，使测量过程过于繁琐，测量结果受环境影响因素多，尤其是体积测量与空气密度测量不在一个环境下，导致测量结果有误差，测量结果准确性较差。

发明内容：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置，其在测试环境中获得环境空气密度值，还能同时获得砝码体积值，且同时获得空气浮力计算参数，计算空气浮力修正值，使质量测量的结果更加准确。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置，包括箱体1，箱体1为密闭箱体。箱体内包括砝码体积测量***、空气密度测量***。砝码体积测量***包括上腔体2、下腔体3，上腔体2、下腔体3扣合在一起，砝码4放置在下腔体中。砝码体积测量***还包括砝码体积测量设备。砝码体积测量设备包括发声源6、声音输出装置7，还包括至少两个声压信号采集装置。声音输出装置设置在上腔体中。

声音输出装置7可为喇叭，喇叭口向下正对着下腔体中的砝码。声压信号采集装置可以是两个，第一声压信号采集装置8伸入至上腔体内，可采集上腔体空间的声压信号，第二声音采集装置9伸入到下腔体内，可采集下腔体空间的声压信号。两个声压信号采集装置通过信号线连接到声压信号采集卡10上。

空气密度测量***可以包括两组空气环境参数测量设备，每组空气环境参数测量设备分别包括温度信号测量装置、湿度信号测量装置、空气压力信号测量装置、CO₂含量测量装置；其中，第一组空气环境参数测量设备的温度信号测量装置11-1、湿度信号测量装置12-1、空气压力信号测量装置13-1、CO₂含量测量装置14-1布置在上腔体2外部附近；第二组空气环境参数测量设备的温度信号测量装置11-2、湿度信号测量装置12-2、空气压力信号测量装置13-2、CO₂含量测量装置14-2布置在下腔体3外部附近。

温度信号测量装置为温度传感器，所述的湿度信号测量装置为湿度传感器，空气压力信号测量装置为压力传感器，CO₂含量测量装置为CO₂传感器，上述温度传感器、湿度传感器、压力传感器、CO₂传感器均与一个综合信号采集处理卡15相连，声压信号采集卡10也与综合信号采集处理卡15相连，综合信号采集处理卡与电脑相连，处理采集上来的信号数据，计算出空气浮力修正值。

由于本发明采用将砝码体积测量与环境空气密度测量结合为一体的方式实现，节省了测量步骤，在同一环境中得出体积和空气密度测量结果，测量结果受环境影响小，结果准确性大大提高。

采用了声压信号采集卡、综合信号采集处理卡及电脑进行信号采集、处理，极大的提高了计算速度和自动化程度，提高了测试速度和效率。

由于环境空气密度测量中增加了CO₂含量测量装置，在空气密度计算中考虑到了CO₂含量的影响因素，使空气密度计算结构更加精确，使砝码质量空气浮力修正值更加准确。保证了测量结果的准确性。

附图说明：

图1是本发明的砝码质量测量中的空气浮力修正装置。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的实施例如图1所示，砝码质量测量中的空气浮力修正装置，包括密闭箱体1。箱体内包括腔体，腔体由上腔体2、下腔体3扣合而成，下腔体中放置砝码4。腔体外部的发声源连接上腔体2内的喇叭，喇叭口像下正对着下腔体中的砝码4。两个声压信号采集装置8和9分别伸入到上腔体、下腔体内，两个声压信号采集装置均通过信号线连接腔体外部的声压信号采集卡10。上腔体外部放置有温度传感器11-1、湿度传感器12-1、压力传感器13-1、CO₂传感器14-1，分别检测所在位置的温度、湿度、空气压力值以及CO₂含量。下腔体外部放置有温度传感器11-2、湿度传感器12-2、压力传感器13-2、CO₂传感器14-2，分别检测所在位置的温度、湿度、空气压力值以及CO₂含量。以上的温度传感器、湿度传感器、压力传感器、CO₂传感器均通过信号线与综合信号采集处理卡15相连，声压信号采集卡10也与综合信号采集处理卡15相连，综合信号采集处理卡与箱体外部电脑(图中未示出)相连。

工作时，发生源6通过喇叭7发出声音，声音在上、下腔体内振动，腔体内的两个声压信号采集装置8和9分别采集上腔体2、下腔体3中的声压信号，将信号传递到声压信号采集卡10中进行处理。同时，上腔体2、下腔体3旁边的两组温度传感器、湿度传感器、压力传感器、CO₂传感器分别采集相应的空气环境参数值，声压信号值和空气环境参数值均传递给综合信号采集处理卡15，与综合信号采集处理卡连接的电脑接收到综合信号采集处理卡提供的信号数据，进行运算处理。

其中，温度值均取两个温度传感器测量值的平均值，湿度值均取两个湿度传感器测量值的平均值，CO₂含量值均取两个CO₂传感器测量值的平均值，空气压力值均取两个压力传感器测量值的平均值。

空气的密度ρ_a通过公式 ${\mathrm{\ρ}}_a=\frac{{\mathrm{pM}}_a}{\mathrm{ZRT}}[1-x_v(1-\frac{M_v}{M_a})]$ 进行计算，

其中：

p为测量的空气压力值，T为测量的空气温度值，R为摩尔气体常数，M_v为水的摩尔质量。

M_a为干燥空气的摩尔质量；

Z为压缩系数；

x_v为水蒸汽的摩尔小数；

其中的参数M_a、Z、x_v需要根据测量环境中的大气压力、温度、湿度和CO₂含量计算获得。

在气体隔热的条件下，砝码体积的计算公式为 $V=V_0-V_1\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{{\mathrm{\ΔP}}_2},$

其中，V表示被测砝码的体积，V₁和V₂是指上腔体体积和下腔体体积，V₀是被容器没有放置砝码时的容积。由于V₀和V₁是常量，因此被测砝码体积V可以由测量声压比ΔP₁/ΔP₂得到。而ΔP₁和ΔP₂分别由第一、第二声压信号采集装置测得。

得到空气密度ρ_a和砝码体积V，空气浮力修正值M_{空气浮力修正}＝ρ_a*V。

砝码实际质量M_实际值＝M_测量值M+M_{空气浮力修正}。

通过以上的测量、计算，实现了利用空气浮力来修正砝码质量值。

Claims (2)

1.一种砝码质量测量中的空气浮力修正装置，其特征在于：包括箱体（1），箱体内包括砝码体积测量***、空气密度测量***；所述箱体（1）为密闭箱体；砝码体积测量***包括上腔体（2）、下腔体（3），上腔体（2）、下腔体（3）扣合在一起，砝码（4）放置在下腔体中；砝码体积测量***还包括砝码体积测量设备，砝码体积测量设备包括发声源（6）、声音输出装置（7），还包括两个声压信号采集装置，声音输出装置设置在上腔体中； 

所述的声音输出装置（7）为喇叭，喇叭口向下正对着下腔体中的砝码；第一声压信号采集装置（8）伸入至上腔体内，采集上腔体空间的声压信号，第二声压信号采集装置（9）伸入到下腔体内，采集下腔体空间的声压信号；两个声压信号采集装置通过信号线连接到声压信号采集卡（10）上； 

所述空气密度测量***包括两组空气环境参数测量设备，每组空气环境参数测量设备分别包括温度信号测量装置、湿度信号测量装置、空气压力信号测量装置、 CO₂含量测量装置；其中，第一组空气环境参数测量设备的温度信号测量装置（11-1）、湿度信号测量装置（12-1）、空气压力信号测量装置（13-1）、 CO₂含量测量装置（14-1）布置在上腔体（2）外部附近；第二组空气环境参数测量设备的温度信号测量装置（11-2）、湿度信号测量装置（12-2）、空气压力信号测量装置（13-2）、 CO₂含量测量装置（14-2）布置在下腔体（3）外部附近。 

2.如权利要求1所述的砝码质量测量中的空气浮力修正装置，所述的温度信号测量装置为温度传感器，所述的湿度信号测量装置为湿度传感器，所述的空气压力信号测量装置为压力传感器，所述的 CO₂含量测量装置为 CO₂传感器，所述的温度传感器、湿度传感器、压力传感器、 CO₂传感器均与一个综合信号采集处理卡（15）相连，所述的声压信号采集卡（10）也与综合信号采集处理卡（15） 相连，综合信号采集处理卡与电脑相连，处理采集上来的信号数据，计算出空气浮力修正值。 

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