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空气浮力对天平称量的影响有多大?

天平

  • 前几天遇见几位搞计量工作的技术人员采购标准砝码,他们很关注砝码所用材料的密度。问他们为什么,告知要考虑空气浮力影响。

    由此想到,一般分析天平按常规操作,不计最后一位数的可靠性和其它因素,空气浮力对称量究竟理论上会有多大影响?我想大概绝大部分分析工作者是不会考虑这个问题的。那么就让我们来计算一下,这个偏离程度究竟有多少。

    首先,从称量过程看,一般步骤是天平先用标准砝码校正,清零,再放上物品称量,读数;从原理上看,我们使用天平称物品重量,不管是电子的还是杠杆的,被称物品重量值实质上都是与标准砝码的标称值对比后得到的。

    简单起见,天平看作线性的,那么两者受到的空气浮力差应该为:

    F=(样品重量/样品密度—砝码重量/砝码密度)×空气密度

    为了计算方便假设,我们称量的物体重量与砝码重量相同,则:

    F=(1/样品密度—1/砝码密度)×重量×空气密度

    其中,砝码密度一般为7.9(不锈钢),空气密度0.00129,单位都为g/cm3。

    即:

    F=(1/样品密度—1/7.9)×重量×0.00129

    称得样品的重量空气浮力的偏差就为F/样品重量,即:

    偏差%=(1/样品密度—1/7.9)×0.00129×100

    如果样品是水,密度为1,则按此计算得到偏差约为0.11%,也就是说你称100克水,实际得到的应该是100.11克。

    这个结果看似不大,但是对计量单位可能就不好忽略了。

    另外,对一些特别用途也可能会有问题,比如黄金交易,以金密度19.3g/cm3计算,偏差约为-0.01%,称量过程中空气浮力会造成万分之一的负偏差,对普通人可能没什么感觉,但是对大宗实物交易......

    还有,现在市场上有号称“万足金”的,也就是纯度高于99.99%的黄金制品(高纯金),看其检测方法中对样品称量也是常规的,没有特别要求,那我想这个样品重量是基础条件,本身就有万分之一重量偏差存在,检测出来的结果能保证万分之一准确性吗?
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  • jlszhoujidai

    第1楼2014/06/09

    天平是用标准砝码进行校准的,而标准砝码在校准的过程中是考虑了空气密度的影响的,用校准过的标准砝码来校准天平,天平校准合格后称量物品时就不会考虑空气密度的影响了..

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  • tutm

    第2楼2014/06/09

    标准砝码校准并不能消除不同密度物体的浮力不同,也不能消除由此造成的重量差异。

    jlszhoujidai(jlszhoujidai) 发表:天平是用标准砝码进行校准的,而标准砝码在校准的过程中是考虑了空气密度的影响的,用校准过的标准砝码来校准天平,天平校准合格后称量物品时就不会考虑空气密度的影响了..

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  • WUYUWUQIU

    第3楼2014/06/09

    应助达人

    称量这个东西只是相对准确,包括校准

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  • jlszhoujidai

    第4楼2014/06/10

    从力学的角度分析,的确是有影响的,但是这种影响非常小,完全可以忽略。

    tutm(tutm) 发表:标准砝码校准并不能消除不同密度物体的浮力不同,也不能消除由此造成的重量差异。

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  • tutm

    第5楼2014/06/10

    可能大家都习惯了,许多情况下是可以忽略的,特别是物体密度接近砝码时是偏差很小,但是密度较小的物质就不能算小了。象我上面算的例子,水或密度接近1的东西,浮力造成的基本误差在千分之一左右,对普通的化学分析可以忽略,但对高精度/高要求的分析就难有说服力了。

    jlszhoujidai(jlszhoujidai) 发表:从力学的角度分析,的确是有影响的,但是这种影响非常小,完全可以忽略。

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  • tutm

    第6楼2014/06/10

    是啊,普通检测问题不大,像纺织品类物料更是可以忽略,但是对于一些基础性的物理/化学性质检测好像忽略了这些应该没道理吧。

    WUYUWUQIU(wulin321) 发表:称量这个东西只是相对准确,包括校准

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  • WUYUWUQIU

    第7楼2014/06/10

    应助达人

    是的,一般实验室无法避免这种情况

    tutm(tutm) 发表:是啊,普通检测问题不大,像纺织品类物料更是可以忽略,但是对于一些基础性的物理/化学性质检测好像忽略了这些应该没道理吧。

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  • 梅特勒-托利多

    第8楼2014/06/10

    空气中同样重量的物体;真空状态下,体积大的物体较重。



    空气密度修正



    空气浮力修正



    a = 空气密度kg/m3

    p = 大气压力 hPa (mbar)

    h = 相对大气湿度 %

    t = 温度 oC

    R = 天平显示值

    p = 样品的密度kg/cm3

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  • tutm

    第9楼2014/06/10

    呵呵,专业队来了。

    这个算式详细多了,空气浮力的所有影响因素都放进去了。

    请问,现在高精度称量有没有用真空天平的?

    一般质量比较仪是不是要用到空气浮力校正?

    梅特勒-托利多(SH100270) 发表:空气中同样重量的物体;真空状态下,体积大的物体较重。



    空气密度修正



    空气浮力修正



    a = 空气密度kg/m3

    p = 大气压力 hPa (mbar)

    h = 相对大气湿度 %

    t = 温度 oC

    R = 天平显示值

    p = 样品的密度kg/cm3



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  • 梅特勒-托利多

    第10楼2014/06/18

    质量比较仪不是都有玻璃罩的吗?目的就是让里面真空呀。

    tutm(tutm) 发表:呵呵,专业队来了。

    这个算式详细多了,空气浮力的所有影响因素都放进去了。

    请问,现在高精度称量有没有用真空天平的?

    一般质量比较仪是不是要用到空气浮力校正?

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