本實(shí)用新型涉及一種固體材料體積測(cè)量技術(shù)，尤其涉及了一種聲學(xué)非接觸式砝碼體積測(cè)量腔體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

測(cè)量砝碼在空氣中的質(zhì)量，需要精確測(cè)量由砝碼體積帶來(lái)的空氣浮力值。由于是測(cè)量體積，砝碼的密度必須是已知的。密度由質(zhì)量除以體積得到，體積測(cè)量對(duì)于密度計(jì)算至關(guān)重要。根據(jù)OIML(international organization for legal metrology)R111的建議，對(duì)于最高等級(jí)E1級(jí)的砝碼，應(yīng)明確指明每個(gè)砝碼的密度或者體積。

之前高等級(jí)砝碼的體積是通過(guò)液體靜力稱(chēng)重法測(cè)量，其是基于阿基米德原理通過(guò)參比液體的密度來(lái)計(jì)算體積的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。體積測(cè)量的相對(duì)不確定度為10^-6或更小，在液體靜力稱(chēng)重法下砝碼必須浸入一種液體中，因此在從液體中取出砝碼后必須是干燥且干凈的，由于水分含量和污染的液體的質(zhì)量的變化，砝碼的質(zhì)量值必須進(jìn)行修正。如果需要測(cè)量多組砝碼的質(zhì)量，液體靜力稱(chēng)重法需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此，需要找到一種測(cè)量更加簡(jiǎn)便同時(shí)測(cè)量的不確定度也滿足要求的砝碼體積測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)不同形狀和材料砝碼體積的高精度快速測(cè)量，提出了一種聲學(xué)非接觸式砝碼體積測(cè)量腔體結(jié)構(gòu)，采用非接觸式測(cè)量固體材料體積。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為：

本實(shí)用新型包括上下依次安裝并相連通的基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體，體積測(cè)量腔體底面置于腔體底座上，所述的基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體的前端面各開(kāi)有一個(gè)用于安裝傳聲器的安裝孔，基準(zhǔn)容積腔體安裝孔的中心到基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體之間的連接端面的豎直距離為基準(zhǔn)容積腔體水平直徑的0.23倍。

所述的基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體和腔體底座均采用鎂鋁合金制造。

所述的基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體之間通過(guò)兩個(gè)旁通孔相連通，兩個(gè)旁通孔對(duì)稱(chēng)分布在基準(zhǔn)容積腔體和體積測(cè)量腔體連接端面的兩側(cè)。

本實(shí)用新型的聲學(xué)非接觸式砝碼體積測(cè)量腔體是精確測(cè)量高精度等級(jí)砝碼的關(guān)鍵部件。聲學(xué)非接觸式砝碼體積測(cè)量腔體通過(guò)測(cè)量上下腔體的聲壓差，根據(jù)氣體壓縮定律的原理由體積測(cè)量公式計(jì)算出被測(cè)砝碼相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積比值，由于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積和質(zhì)量為已知值，從而得到被測(cè)砝碼的計(jì)算體積值。

本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型腔體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，制造成本低。本實(shí)用新型采用了非接觸式測(cè)量固體材料體積，能對(duì)5kg～20kg不同材料砝碼體積進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到了F₁等級(jí)以上高精度等級(jí)砝碼體積的測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型腔體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型基準(zhǔn)容積腔體結(jié)構(gòu)的主視圖。

圖3是本實(shí)用新型體積測(cè)量腔體結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖中：基準(zhǔn)容積腔體1，體積測(cè)量腔體2，腔體底座3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型包括上下依次安裝并相連通的基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2，上半部分為基準(zhǔn)容積腔體1，下半部為砝碼體積測(cè)量腔體2，體積測(cè)量腔體2底面置于腔體底座3上，基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2和腔體底座3均呈圓柱形，均采用鎂鋁合金制造。

如圖2所示，基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2的前端面各開(kāi)有一個(gè)用于安裝傳聲器的安裝孔，基準(zhǔn)容積腔體1安裝孔的中心到基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2之間的連接端面的豎直距離為基準(zhǔn)容積腔體1水平直徑D1的0.23倍。

如圖3所示，基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2之間通過(guò)兩個(gè)旁通孔相連通，使得聯(lián)通兩個(gè)腔體使其靜壓力和空氣濕度均衡，兩個(gè)旁通孔對(duì)稱(chēng)分布在基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2連接端面的兩側(cè)，以基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2的回轉(zhuǎn)中心，兩個(gè)旁通孔中心的連線穿過(guò)回轉(zhuǎn)中心并與基準(zhǔn)容積腔體1面向正前端面呈45度角，旁通孔的直徑為12mm。

基準(zhǔn)容積腔體1和體積測(cè)量腔體2之間的連接端面中心開(kāi)有通孔，通孔處密封裝有揚(yáng)聲器，使得兩個(gè)腔體絕熱，揚(yáng)聲器喇叭口朝向體積測(cè)量腔體2，揚(yáng)聲器由一個(gè)正弦信號(hào)頻率驅(qū)動(dòng)。

測(cè)量過(guò)程中揚(yáng)聲器的一面產(chǎn)生正弦聲壓信號(hào)給砝碼體積測(cè)量腔體2，同時(shí)其反面產(chǎn)生一個(gè)相位相反的正弦聲壓信號(hào)給基準(zhǔn)容積腔體1。

先放入密度已知且體積已知的參考砝碼進(jìn)行測(cè)量，再放入被測(cè)砝碼進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)量未放置砝碼時(shí)的空腔聲壓比R₀和放入?yún)⒖柬来a與被測(cè)砝碼的聲壓比R和Rr，得到被測(cè)砝碼相對(duì)于參考砝碼的體積比值。由于參考砝碼的體積已知，從而計(jì)算得到被測(cè)砝碼的體積。

聲學(xué)非接觸測(cè)量基于氣體壓縮定律其測(cè)量如下公式所示，砝碼的體積可以通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)腔體的聲壓得到。

其中，V表示待測(cè)砝碼的體積，V_r是參考砝碼的體積，R是放入被測(cè)砝碼后由兩個(gè)麥克風(fēng)輸出的信號(hào)即兩個(gè)腔體的聲壓比率，R_r是放入?yún)⒖柬来a后由兩個(gè)麥克風(fēng)輸出的信號(hào)即兩個(gè)腔體的聲壓比率，R₀為空腔時(shí)的兩個(gè)腔體聲壓振幅比。

本實(shí)用新型適用的5kg-20kg其體積測(cè)量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度優(yōu)于6×10^-4(k＝2)。