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砝碼的真空質量值和折算質量值交流

*千克原器的質量是真空質量，也就是實際質量值。為什么量傳到下面等級砝碼時會采用折算質量?這是因為我國的砝碼制造材料有很多。根據砝碼等級的不同，*用的材料差別很大。砝碼的制造材料通常有JFI無磁不銹鋼、無磁不銹鋼、不銹鋼、銅合金、鑄鋼、鑄鐵、鋁合金，材料密度從2.7g/cm3到8.4g/cm3不等。當借助天平，用砝碼作標準稱量物體時，如果使用實際質量(真空質量)相同、制造材料不同的砝碼，稱出物體的質量會不同。這是因為根據阿基米德定律:砝碼在空氣中衡量時會受到空氣浮力的影響，浮力大小等于砝碼排開空氣的重量。當砝碼實際質量(真空質量)相同時，由于砝碼材料不同，導致砝碼的體積不同，由于空氣浮力的作用，砝碼在天平上稱出的質量值也會不同。如兩個砝碼真空質量值都是200.0000g，材料分別為不銹鋼和銅合金，材料密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3。它們在標準空氣密度中衡量的實際結果分別為199.9694g和199.9714g。當沒有考慮空氣浮力，直接用這兩個砝碼200.0000g質量值在天平上稱量同*被測物時，被測物的測量結果就會不同，兩者相差2mg。要想得到正確的質量測量結果，應當進行空氣浮力修正。為此，必須實測砝碼和被衡量物體的體積和空氣密度。顯然，在*般性的衡量工作中，是很難做到這*點的。為了解決用不同材料的砝碼衡量同*種物體*得結果不*致的問題，可以利用真空天平進行衡量，以排除空氣浮力的影響。或者讓*有砝碼均用同*種材料制造，使這*問題不復存在。然而這些方法都是不現實的。于是，有人想出了*種辦法，即利用折算的方法，把不同材料的砝碼的量值，換算成其密度為8.0g/cm3的砝碼的量值，即采用折算質量值方法。砝碼的折算質量值是:假想*個砝碼，在溫度為20℃、空氣密度為0.0012g/cm3的空氣中與*個材料密度為8.0g/cm3的標準器達到平衡，則該標準器的質量即為該砝碼的折算質量。

　　例如，當兩個砝碼真空質量值都是200.0000g，材料密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3時，通過上述公式計算得出的折算質量值分別為199.99943g和200.00143g。通過換算使砝碼的材料密度都為8.0g/cm3，這樣不用考慮砝碼的體積，砝碼的質量值與稱量結果相吻合，消除了由于砝碼真空質量相同而材料密度不同*導致的被測物體的測量結果不同。*以，*般*度等級比較低的砝碼(如F2等級以下)，由于砝碼體帶有調整腔，不便于體積測量，它們的質量值只給折算質量值。

　　對于*度等級*的砝碼(如*千克副基準砝碼、E1等級砝碼)，既給真空質量值又給折算質量值。對于E2等級砝碼、F1等級砝碼，按JJG99-2006《砝碼》檢定規程規定只給折算質量值，但是通常要實測砝碼體積。這是因為按照JJG99-2006中折算質量的計算公式，當通過標準砝碼的折算質量計算被檢砝碼折算質量時，計算公式中:mct——被檢砝碼折算質量，g；mcr——標準砝碼折算質量，g；Vt——被檢砝碼體積，cm3；Vr——標準砝碼體積，cm3；ρa——實驗室實際空氣密度，g/cm3；ρ0——標準空氣密度(ρ0=1.2mg/cm3)；ΔI——被檢砝碼與標準砝碼在天平上顯示的質量差值；mcs——測天平靈敏度的標準小砝碼；ΔIs——天平放上測靈敏度的小砝碼后示值的變化量。

　　通過上述公式計算可知，當實驗室海拔*度在800m以下時，實驗室的實際空氣密度ρa與標準空氣密度ρ0接近，空氣浮力部分(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)引起的質量差值遠小于JJG99-2006中規定的砝碼質量大允許誤差的1/9，按照JJG99-2006的要求，該部分差值可忽略。當海拔*度在800m以上時，實際空氣密度ρa與標準空氣密度會相差10%以上，空氣浮力引起的質量差值就很大，超過JJG99-2006的要求。該部分差值不可忽略必須計算。例如:甘肅省空氣密度平均值為1.012mg/cm3，對于兩個200g砝碼，密度分別為7.85g/cm3和8.4g/cm3，由空氣浮力引起的質量差值等于m=(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)=(200/8.4-200/7.85)×(1.012-1.2)=0.314g，大于F1等級200g砝碼質量大允許誤差的1/9，該部分差值不能忽略必須計算。這時需實測被檢砝碼與標準砝碼的體積或密度。計算砝碼體積或密度必須使用標準砝碼的真空質量值，因此需要將砝碼的折算質量值換算成真空質量值。在實際生活中，通常描述*個物體的質量時，使用的是物體的折算質量。但對于某些*砝碼，或當用戶有特殊需要時，或當使用地點的海拔達到*定*度時，就要用到物體的真空質量值。這時需要把折算質量值換算成真空質量值。

　　為此，筆者建議在工作中使用*度級別*的砝碼和用于校準天平的砝碼，或在*定海拔*度時盡量使用密度為8.0g/cm3的砝碼，以減少衡量過程中稱量誤差及真空質量與折算質量之間換算的麻煩。