一种声学非接触式砝码体积测量腔体结构的制作方法

本实用新型涉及一种固体材料体积测量技术，尤其涉及了一种声学非接触式砝码体积测量腔体结构。

背景技术：

测量砝码在空气中的质量，需要精确测量由砝码体积带来的空气浮力值。由于是测量体积，砝码的密度必须是已知的。密度由质量除以体积得到，体积测量对于密度计算至关重要。根据OIML(international organization for legal metrology)R111的建议，对于最高等级E1级的砝码，应明确指明每个砝码的密度或者体积。

之前高等级砝码的体积是通过液体静力称重法测量，其是基于阿基米德原理通过参比液体的密度来计算体积的一个实际应用。体积测量的相对不确定度为10^-6或更小，在液体静力称重法下砝码必须浸入一种液体中，因此在从液体中取出砝码后必须是干燥且干净的，由于水分含量和污染的液体的质量的变化，砝码的质量值必须进行修正。如果需要测量多组砝码的质量，液体静力称重法需要耗费相当长的时间。因此，需要找到一种测量更加简便同时测量的不确定度也满足要求的砝码体积测量装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，实现不同形状和材料砝码体积的高精度快速测量，提出了一种声学非接触式砝码体积测量腔体结构，采用非接触式测量固体材料体积。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

本实用新型包括上下依次安装并相连通的基准容积腔体和体积测量腔体，体积测量腔体底面置于腔体底座上，所述的基准容积腔体和体积测量腔体的前端面各开有一个用于安装传声器的安装孔，基准容积腔体安装孔的中心到基准容积腔体和体积测量腔体之间的连接端面的竖直距离为基准容积腔体水平直径的0.23倍。

所述的基准容积腔体和体积测量腔体和腔体底座均采用镁铝合金制造。

所述的基准容积腔体和体积测量腔体之间通过两个旁通孔相连通，两个旁通孔对称分布在基准容积腔体和体积测量腔体连接端面的两侧。

本实用新型的声学非接触式砝码体积测量腔体是精确测量高精度等级砝码的关键部件。声学非接触式砝码体积测量腔体通过测量上下腔体的声压差，根据气体压缩定律的原理由体积测量公式计算出被测砝码相对于标准砝码的体积比值，由于标准砝码的体积和质量为已知值，从而得到被测砝码的计算体积值。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型腔体结构简单，拆装方便，制造成本低。本实用新型采用了非接触式测量固体材料体积，能对5kg～20kg不同材料砝码体积进行测量，达到了F₁等级以上高精度等级砝码体积的测量。

附图说明

图1是本实用新型腔体结构图。

图2是本实用新型基准容积腔体结构的主视图。

图3是本实用新型体积测量腔体结构的俯视图。

图中：基准容积腔体1，体积测量腔体2，腔体底座3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括上下依次安装并相连通的基准容积腔体1和体积测量腔体2，上半部分为基准容积腔体1，下半部为砝码体积测量腔体2，体积测量腔体2底面置于腔体底座3上，基准容积腔体1和体积测量腔体2和腔体底座3均呈圆柱形，均采用镁铝合金制造。

如图2所示，基准容积腔体1和体积测量腔体2的前端面各开有一个用于安装传声器的安装孔，基准容积腔体1安装孔的中心到基准容积腔体1和体积测量腔体2之间的连接端面的竖直距离为基准容积腔体1水平直径D1的0.23倍。

如图3所示，基准容积腔体1和体积测量腔体2之间通过两个旁通孔相连通，使得联通两个腔体使其静压力和空气湿度均衡，两个旁通孔对称分布在基准容积腔体1和体积测量腔体2连接端面的两侧，以基准容积腔体1和体积测量腔体2的回转中心，两个旁通孔中心的连线穿过回转中心并与基准容积腔体1面向正前端面呈45度角，旁通孔的直径为12mm。

基准容积腔体1和体积测量腔体2之间的连接端面中心开有通孔，通孔处密封装有扬声器，使得两个腔体绝热，扬声器喇叭口朝向体积测量腔体2，扬声器由一个正弦信号频率驱动。

测量过程中扬声器的一面产生正弦声压信号给砝码体积测量腔体2，同时其反面产生一个相位相反的正弦声压信号给基准容积腔体1。

先放入密度已知且体积已知的参考砝码进行测量，再放入被测砝码进行测量，通过测量未放置砝码时的空腔声压比R₀和放入参考砝码与被测砝码的声压比R和Rr，得到被测砝码相对于参考砝码的体积比值。由于参考砝码的体积已知，从而计算得到被测砝码的体积。

声学非接触测量基于气体压缩定律其测量如下公式所示，砝码的体积可以通过测量两个腔体的声压得到。

其中，V表示待测砝码的体积，V_r是参考砝码的体积，R是放入被测砝码后由两个麦克风输出的信号即两个腔体的声压比率，R_r是放入参考砝码后由两个麦克风输出的信号即两个腔体的声压比率，R₀为空腔时的两个腔体声压振幅比。

本实用新型适用的5kg-20kg其体积测量的相对扩展不确定度优于6×10^-4(k＝2)。