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主题：【原创】空气浮力对天平称量的影响有多大？

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tutm
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发表于：2014/06/09 13:45:46 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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
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2014/6/9 14:57:40 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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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2014/6/9 16:50:17 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 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..


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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2014/6/9 17:27:16 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
称量这个东西只是相对准确，包括校准
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jlszhoujidai
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2014/6/10 8:29:30 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 tutm(tutm) 发表:
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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..


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。


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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2014/6/10 9:39:21 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 jlszhoujidai(jlszhoujidai) 发表:
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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..


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。


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。


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。
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tutm
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2014/6/10 9:43:00 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 WUYUWUQIU(wulin321) 发表:

称量这个东西只是相对准确，包括校准


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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WUYUWUQIU
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2014/6/10 9:56:43 7楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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称量这个东西只是相对准确，包括校准


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。


是的，一般实验室无法避免这种情况
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梅特勒-托利多
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2014/6/10 16:09:34 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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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2014/6/10 16:16:25 Last edit by SH100270
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2014/6/10 18:42:24 9楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
原文由 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





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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梅特勒-托利多
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2014/6/18 13:57:14 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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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





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？


质量比较仪不是都有玻璃罩的吗？目的就是让里面真空呀。

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