技术领域
[0001] 本公开属于计量领域，更具体地，涉及一种质量测量修正方法及系统。
背景技术
[0002] 在计量领域，质量测量是非常重要的内容。通常的砝码质量测量过程是在空气中进行的，砝码会受到空气浮
力的影响，因此需要将空气
浮力部分进行修正。通常是用
传感器对环境参数如
大气压力、
温度、湿度、CO2，以及相应的公式计算出空气
密度，接着与砝码体积相乘，得到空气浮力的大小。在高准确度质量测量过程中，通常会测量较长的一段时间，在测量期间的环境参数会发生一定的
波动，若取环境参数的平均值来计算空气密度，会进一步导致质量测量的不确定度较大。
[0003] 此外，保存在空气中的砝码不可避免的会在表面沾染
水分、灰尘以及各种有机物、
氧化物，这些统称为表面
吸附质量。在2018年质量单位重新定义以后，未来的千克质量基准是保存在
真空状态下的。而日常用的工作标准等是在空气中进行质量量值传递的，该工作标准要与千克质量基准保持量值一致，需将其传递到真空状态中进行质量的比较，在完成质量测量后，再从真空状态下移出到空气状态下，作为日常工作的最高标准。可见，该质量标准经常会从“空气”转移到“真空”，再从“真空”转移到“空气”状态，在转移过程中，发生的
解吸附现象会对质量值造成影响。
[0004]
发明人发现，在
现有技术中，无法对在真空和空气两种环境下来回传递并进行质量测量时准确去除空气浮力的影响，也没有消除表面吸附质量，因此，有必要开发一种高准确度的质量测量修正方法。
[0005] 公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0006] 本公开提出了一种高准确度的质量测量修正方法及系统，该方法能够通过计算空气浮力和表面吸附质量，修正空气浮力和表面吸附质量，进而计算待测物体的真空质量值，从而提高质量测量的准确度。
[0007] 根据本公开的一方面，提出了一种质量测量修正方法，该方法可以包括以下步骤：对标准砝码和待测砝码进行多次测量，以获得标准砝码和待测砝码的多个示值；对标准砝码和待测砝码的多个示值进行空气浮力修正和表面吸附质量修正，以获得标准砝码和待测砝码的修正后的多个示值；基于修正后的多个示值计算待测砝码与标准砝码之间的示值差值；以及基于示值差值计算待测砝码与标准砝码之间的真空质量差值，以获得待测砝码的质量，其中，所述空气浮力修正包括：基于表面积相同而体积不同的第一修正砝码和第二修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算空气密度；
基于所述空气密度与标准砝码和待测砝码的体积以计算空气浮力，以进行空气浮力修正，以及其中，所述表面吸附质量修正包括：基于体积相同而表面积不同的第三修正砝码和第四修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算表面吸附率；基于表面吸附率与标准砝码和待测砝码的表面积以计算表面吸附质量，以进行表面吸附质量修正。
[0008] 根据本公开的另一方面，提出了一种质量测量修正系统，该系统可以包括：砝码旋转托盘，在所述砝码旋转托盘上能够放置砝码，并在旋转过程中传递要测量的砝码；质量测量装置，其能够获得砝码的示值；以及
外壳，其限定腔体，所述腔体能够处于真空状态和空气状态，所述腔体容纳所述砝码旋转托盘和所述质量测量装置。
[0009] 本公开的方法和系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的
附图和随后的具体
实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本公开的特定原理。
附图说明
[0010] 通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0011] 图1示出了根据本发明的一个实施例的质量测量修正方法的步骤的
流程图。
[0012] 图2示出了根据本发明的一个实施例的质量测量修正系统的示意图。
[0013] 图3示出了根据一个示例的各种砝码放置在砝码旋转托盘上的
位置的示意图。
[0014] 图4a和4b示出了根据一个示例的第一修正砝码和第二修正砝码的示意图。
[0015] 图5a和5b示出了根据一个示例的第三修正砝码和第四修正砝码的示意图。
[0016] 图6示出了根据一个示例的计算标准砝码和待测砝码的修正后的示值的差值的示意图。
具体实施方式
[0017] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0018] 实施例1
[0019] 图1示出了根据本发明的示例性实施例的质量测量修正方法的步骤的流程图。根据本发明的示例性实施例的质量测量修正方法可以包括：步骤101，对标准砝码和待测砝码进行多次测量，以获得标准砝码和待测砝码的多个示值；步骤102，对标准砝码和待测砝码的多个示值进行空气浮力修正和表面吸附质量修正，以获得标准砝码和待测砝码的修正后的多个示值；步骤103，基于修正后的多个示值计算待测砝码与标准砝码之间的示值差值；以及步骤104，基于示值差值计算待测砝码与标准砝码之间的真空质量差值，以获得待测砝码的质量。其中，空气浮力修正可以包括：基于表面积相同而体积不同的第一修正砝码和第二修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算空气密度；基于空气密度与标准砝码和待测砝码的体积以计算空气浮力，以进行空气浮力修正，并且其中，表面吸附质量修正可以包括：基于体积相同而表面积不同的第三修正砝码和第四修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算表面吸附率；基于表面吸附率与标准砝码和待测砝码的表面积以计算表面吸附质量，以进行表面吸附质量修正。
[0020] 根据该实施例的质量测量修正方法，能够通过计算空气浮力和表面吸附质量，修正空气浮力和表面吸附质量，进而计算待测物体的真空质量值，实现了提高质量测量的准确度的技术效果。
[0021] 测量原理
[0022] 在真空状态下，没有空气浮力的影响，表面吸附的物质也会随着抽真空的状态被分解掉(解吸附)，在质量测量装置(例如，质量比较仪)上比较可得到标准砝码和待测砝码的示值差值，其公式可以表示为：
[0023]
[0024] 其中，mr可以表示标准砝码的质量且为已知，mt可以表示待测砝码的质量，ms可以表示灵敏度砝码的质量，ΔIs可以表示由于灵敏度砝码放到质量比较仪(例如，天平)秤盘上带来的示值变化， 可以表示进行质量测量采用的质量比较仪的灵敏度系数(单位：mg/格)，ΔI可以表示将待测砝码和标准砝码在质量比较仪上比较后的天平示值格差(单位：格)。
[0025] 在空气状态下，每个砝码都有各自的吸附质量，并且会受到空气浮力的影响，则公式(1)可以扩展为：
[0026]
[0027] 其中，ρa可以表示空气密度，Vt可以表示待测砝码的体积，Vr可以表示标准砝码的体积，mr_吸附可以表示标准砝码的表面吸附质量，mt_吸附可以表示待测砝码的表面吸附质量。
[0028] 基于公式(2)，待测砝码与标准砝码之间的真空质量差值Δm可以表示为：
[0029]
[0030] 由此可见，在实际的测量中，待测砝码受到空气浮力和表面吸附质量的影响，只有用天平示值去掉空气浮力的影响和表面吸附质量的影响，才能真正得到待测砝码的真空质量值。
[0031] 获得多个示值
[0032] 在一个示例中，可以对标准砝码和待测砝码进行多次测量，以获得标准砝码和待测砝码的多个示值。
[0033] 可以将标准砝码放置在天平上，读取示值IA，然后移除标准砝码，将待测砝码放置在天平上，读取示值IB。可以根据这样的步骤依次进行N次测量，得到标准砝码和待测砝码的下述两组测量结果：
[0034] IA1、IA2、……、IAn、……、IA(N-1)、IAN，
[0035] IB1、IB2、……、IBn、……、IB(N-1)、IBN，
[0036] 其中，IAn表示第n次测量的标准砝码的示值，IBn表示第n次测量的待测砝码的示值。
[0037] 也即，可以获得标准砝码和待测砝码的多个示值。
[0038] 空气浮力修正及空气密度测量的不确定度评估
[0039] 在一个示例中，可以对标准砝码和待测砝码的多个示值进行空气浮力修正，以获得标准砝码和待测砝码的经空气浮力修正后的多个示值。其中，空气浮力修正可以包括：基于表面积相同而体积不同的第一修正砝码和第二修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算空气密度；基于所述空气密度与标准砝码和待测砝码体积计算空气浮力，以进行空气浮力修正。
[0040] 在一个示例中，第一修正砝码可以为空心砝码，第二修正砝码可以为套筒砝码。
[0041] 图4a和4b示出了根据一个示例的第一修正砝码和第二修正砝码的示意图。可以通过如下公式计算空气密度：
[0042]
[0043] 其中，V1表示第一修正砝码的体积，V2表示第二修正砝码的体积，ΔIz1表示第一修正砝码和第二修正砝码在真空状态下测得的质量差值，ΔIk1表示第一修正砝码和第二修正砝码在空气状态下测得的质量差值。
[0044] 可以基于公式(4)计算得出的空气密度，从而砝码的空气浮力可以表示为m空气浮力＝ρa·V砝码，其中V砝码可以表示所测量的砝码的体积。可以将在空气状态下测得的砝码质量与砝码受到的空气浮力相加，以完成空气浮力修正。
[0045] 在一个示例中，可以对空气密度测量的不确定度进行评估。参见公式(3)，在本发明的实施例中，ρa(Vt-Vr)可以表示标准砝码和待测砝码的质量差值的空气浮力修正项。该空气浮力修正项的不确定度主要由空气密度ρa的测量不确定度引起，需要对空气密度测量的不确定度进行评估。
[0046] 可以对公式(4)中的各变量求偏导数，则能够得到空气密度ρa测量中的不确定度的各个分量c1-c6的计算公式和灵敏度系数u1-u6，具体公式可以表示如下：
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053] 而空气密度测量的不确定度公式可以表示为：
[0054]
[0055] 基于公式(5)-(11)，空气密度测量的不确定度公式可以表示为：
[0056]
[0057] 其中，u(·)表示不确定度，u2(·)表示不确定度的平方。公式(5)和公式(6)中的u(ΔIz1)和u(ΔIk1)可以表示在真空状态下和在空气状态下的测量过程的不确定度分量。在实际分析计算u(ΔIz1)和u(ΔIk1)时，需要将所有合理的影响量包括在不确定度中，根据测量经验，u(ΔIz1)和u(ΔIk1)中可以包括多次测量的不确定度分量和与天平相关的标准不确定度uba。由于采用的两个砝码表面积相等，因此表面吸附的影响量可以忽略。两个砝码体积测量的不确定度分量可以表示为u(V1)和u(V2)。
[0058] 由此，可以获得空气密度测量的不确定度的平方u2(ρa)。
[0059] 表面吸附质量修正及表面吸附率测量的不确定度评估
[0060] 在一个示例中，可以对标准砝码和待测砝码的多个示值进行表面吸附质量修正，以获得标准砝码和待测砝码的经表面吸附质量修正后的多个示值。
[0061] 在一个示例中，表面吸附质量修正可以包括：基于体积相同而表面积不同的第三修正砝码和第四修正砝码在真空状态下测得的质量差值和在空气状态下测得的质量差值，计算表面吸附率；基于表面吸附率与标准砝码和待测砝码的表面积以计算表面吸附质量，以进行表面吸附质量修正。
[0062] 其中，第三修正砝码可以为实心砝码，第四修正砝码可以为纺锤砝码。此外，由于表面吸附率的值可以随时间、所处的空间的空气湿度和灰尘量、砝码的材质和表面粗糙度的变化而变化，因此，第三修正砝码和第四修正砝码与标准砝码和待测砝码的材质可以相同，并且需要对表面吸附率进行实时测量和计算。
[0063] 图5a和5b示出了根据一个示例的第三修正砝码和第四修正砝码的示意图。可以通过如下公式计算表面吸附率：
[0064]
[0065] 其中，η可以表示表面吸附率，S3可以表示第三修正砝码的表面积，S4可以表示第四修正砝码的表面积，ΔIz2可以表示第三修正砝码和第四修正砝码在真空状态下测得的质量差值，ΔIk2可以表示第三修正砝码和第四修正砝码在空气状态下测得的质量差值。
[0066] 在各个砝码的材质一致的情况下，可以准确的测出砝码实际的表面吸附率，基于公式(13)计算得出的表面吸附率，砝码的表面吸附质量可以表示为m吸附质量＝η·S砝码，其中S砝码可以表示砝码的表面积。可以将在空气状态下测得的砝码质量与砝码的表面吸附质量相减，以完成表面吸附质量修正。
[0067] 在一个示例中，可以对表面吸附率测量的不确定度进行评估。在本发明的实施例中，参见公式(3)，在各个砝码的材质一致的情况下，可以得出mr_吸附-mt_吸附＝η(Sr-St)可以表示标准砝码和待测砝码的质量差值的表面吸附质量修正项。而表面吸附质量修正项的不确定度主要由表面吸附率η的测量不确定度引起。
[0068] 引起表面吸附率测量的不确定度的因素可包括：纺锤形砝码和实心砝码分别在真空和空气中测量所引入的不确定度分量u(ΔIz2)和u(ΔIk2)，纺锤形砝码和实心砝码表面积测量不确定度u(S4)和u(S3)，灵敏度砝码引入的不确定度分量u(ms)和天平示值引入的不确定度分量u(ΔIs)等。
[0069] 对公式(13)中的各变量求偏导数，则可以得到表面吸附率η测量中的不确定度的各个分量c’1-c’6的计算公式和灵敏度系数u’1-u’6，具体公式可以表示如下：
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 而表面吸附率测量的不确定度评估值公式可以表示为：
[0077]
[0078] 因此，基于公式(14)-(20)，表面吸附率测量的不确定度评估值公式可以表示为：
[0079]
[0080] 其中，公式(14)和公式(15)中的u(ΔIz2)和u(ΔIk2)可以表示在真空状态下和在空气状态下的测量过程的不确定度分量。在实际分析计算u(ΔIz2)和u(ΔIk2)时，需要将所有合理的影响量包括在不确定度中，根据测量经验，u(ΔIz2)和u(ΔIk2)中可以包括多次测量的不确定度分量和与天平相关的标准不确定度uba。由于采用的两个砝码体积相等，因此空气浮力的影响量暂忽略，两个砝码表面积测量的不确定度分量u(S4)和u(S3)。
[0081] 由此，可以获得表面吸附率测量的不确定度评估值的平方u2(η)。
[0082] 计算示值差值
[0083] 在一个示例中，可以基于修正后的多个示值计算标准砝码与待测砝码之间的示值差值。
[0084] 经过上述的空气浮力修正和表面吸附质量修正后，对于标准砝码和待测砝码修正后的第n次测量的示值可以表示为：
[0085]
[0086]
[0087] 其中，ρa可以为空气密度，Vr可以为标准砝码的体积，Vt可以为待测砝码的体积，Sr可以为标准砝码的表面积，St可以为待测砝码的表面积。
[0088] 通过公式(22)，可以获得修正后的示值IA’n、IB’n，然后对修正后的数据进行处理和计算，获得标准砝码与待测砝码之间的示值差值。在现有技术中，是把所有的示值差值算出来，然后一起进行修正，这样是不准确的。因此本发明中先对其进行了实时修正，再对修正后的数据计算示值差值。
[0089] 图6示出了根据一个示例的计算标准砝码和待测砝码的修正后的示值的差值的示意图。在图6中，r1可以表示第一次放置标准砝码，对应的修正后的示值可以为IA’1；t1可以表示第一次放置待测砝码，对应的修正后的示值可以为IB’1。相应地，rn可以表示第n次放置标准砝码，对应的修正后的示值可以为IA’n，；tn可以表示第n次放置待测砝码，对应的修正后的示值可以为IB’n。
[0090] 如图6所示，可以基于如下公式计算标准砝码和待测砝码的修正后的多个示值的差值：
[0091] 其中，n＝1,4,7,10,13...，
[0092] 其中，n＝3,6,9,12,15,... (23)
[0093] 其中，ΔI奇数项和ΔI偶数项分别为示值差值奇数项和偶数项。
[0094] 计算待测砝码的质量
[0095] 在一个示例中，可以基于示值差值计算待测砝码与标准砝码之间的真空质量差值，以获得待测砝码的质量。
[0096] 可以通过对ΔI奇数项和ΔI偶数项求平均值而获得待测砝码与标准砝码之间的真空质量差值Δm，从而待测砝码的质量可以表示为mt＝mr+Δm。
[0097] 本领域技术人员应理解，上面对本公开的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本公开的实施例的有益效果，并不意在将本公开的实施例限制于所给出的任何示例。
[0098] 实施例2
[0099] 图2示出了根据本发明的一个实施例的质量测量修正系统的示意图。所述系统可以包括：砝码旋转托盘205，在所述砝码旋转托盘上能够放置砝码，并在旋转过程中传递要测量的砝码；质量测量装置204，其能够获得砝码的示值；以及外壳206，其限定腔体，所述腔体能够处于真空状态和空气状态，所述腔体容纳所述砝码旋转托盘205和所述质量测量装置204。其中，质量测量装置204可以是质量比较仪，例如天平。
[0100] 根据该实施例的质量测量修正系统，能够在一个系统测量砝码在真空状态和空气状态下的质量或质量差，这些测量结果可用于计算空气浮力和表面吸附质量，修正空气浮力和表面吸附质量，进而计算待测物体的真空质量值，实现了提高质量测量的准确度的技术效果。
[0101] 在一个示例中，质量测量修正系统可以进一步包括：测量工位，在测量工位上能够放置砝码，测量工位能够移动以从所述砝码旋转托盘接收砝码，并将砝码放到质量测量装置上；以及防
风罩，其能够罩住所述测量工位和所述质量测量装置，防止测量中的
风力影响。测量工位可以有多个，每个上面都放一个砝码，并进行编号，从而可以避免放错位置。在不进行测量时，可以将测量工位旋转到旁边；进行测量时，可以将放置有待测量的砝码的测量工位旋转到质量测量装置上方，缓慢下降而将砝码放置在质量测量装置上，以便进行一次测量。该次测量完成后，提升该测量工位并旋转到旁边，将放置有另一个砝码的测量工位旋转到质量测量装置上方，重复上面的动作，以进行测量。
[0102] 在一个示例中，砝码旋转托盘205可以分别放置有标准砝码P5、待测砝码P4、第一修正砝码P2、第二修正砝码P1、第三修正砝码P3以及第四修正砝码P6。图3示出了根据一个示例的各种砝码放置在砝码旋转托盘上的位置的示意图。但本领域技术人员应当理解，各种砝码放置顺序并不限于此，而是可以采用各种顺序放置。
[0103] 在一个示例中，第一修正砝码P2可以为空心砝码，第二修正砝码P1可以为套筒砝码，第三修正砝码P3可以为实心砝码，第四修正砝码P6可以为纺锤砝码，并且第三修正砝码和第四修正砝码可以与标准砝码和待测砝码的材质相同。
[0104] 在一个示例中，在腔体处于空气状态的情况下，质量测量装置可以对标准砝码和待测砝码进行多次测量，获得标准砝码和待测砝码的多个示值；质量测量装置可以对第一修正砝码和第二修正砝码进行测量，以获得第一修正砝码和第二修正砝码在空气状态下的质量差值；质量测量装置可以对第三修正砝码和第四修正砝码进行测量，以获得第三修正砝码和第四修正砝码在空气状态下的质量差值。
[0105] 在一个示例中，在所述腔体处于真空状态的情况下，所述质量测量装置可以对第一修正砝码和第二修正砝码进行测量，获得第一修正砝码和第二修正砝码在真空状态下的质量差值；所述质量测量装置可以对第三修正砝码和第四修正砝码进行测量，以获得第三修正砝码和第四修正砝码在真空状态下的质量差值。
[0106] 在一个示例中，质量测量修正系统可以进一步包括：空气浮力修正部件，其基于第一修正砝码和第二修正砝码在空气状态下的质量差值和在真空状态下的质量差值计算空气密度；基于所述空气密度与标准砝码和待测砝码的体积以计算空气浮力，以进行空气浮力修正；以及表面吸附质量修正部件，其基于第三修正砝码和第四修正砝码在空气状态下的质量差值和在真空状态下的质量差值计算表面吸附率；基于表面吸附率与标准砝码和待测砝码的表面积以计算表面吸附质量，以进行表面吸附质量修正。
[0107] 本领域技术人员应理解，上面对本公开的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本公开的实施例的有益效果，并不意在将本公开的实施例限制于所给出的任何示例。
[0108] 以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多
修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
