如何算例计算空气浮力修正gydF4y2Ba

如何计算空气浮力修正gydF4y2Ba

简介gydF4y2Ba

你知道空气浮力是造成测量结果不确定度的一个重要因素吗?伟德之道gydF4y2Ba

如果不应用空气浮力校正,会影响许多测试和校准的结果。特别是涉及重量的测量,如质量、力、压力和扭矩。gydF4y2Ba

许多实验室在进行测量时没有考虑到这一点。此外,有许多校准程序和测试方法不包括空气浮力校正。gydF4y2Ba

最终,这可能导致许多实验室报告不良的测量结果,除了低估的测量不确定度。伟德之道gydF4y2Ba

同时,我也得到了很多关于空气浮力的问题,以及在不确定度分析中如何考虑它。伟德之道因此,我把这篇指南放在一起帮助那些需要:gydF4y2Ba

  1. 评估空气浮力的影响,和/或gydF4y2Ba
  2. 应用空气浮力校正。gydF4y2Ba

在本指南中,你将学到:gydF4y2Ba

  1. 什么是空气浮力,gydF4y2Ba
  2. 如何计算空气浮力修正,gydF4y2Ba
  3. 空气浮力校正例子,gydF4y2Ba
  4. 何时考虑空气浮力校正,gydF4y2Ba
  5. 伟德之道由于空气浮力的不确定性,gydF4y2Ba

这本指南中包含了很多很好的信息。所以,我希望它对你有帮助。gydF4y2Ba


什么是空气浮力gydF4y2Ba

根据gydF4y2Ba大英百科全书gydF4y2Ba,浮力是完全或部分浸没在静止的流体(例如气体或液体)中的物体所受的向上或浮力;大小等于物体所排开的流体的重量。gydF4y2Ba

因此,空气浮力是由物体所排开的空气施加在物体上的向上的力。gydF4y2Ba

从本质上说,你的物体(即重物)置换了空气,导致它们的重量变轻,因为空气对重物施加的向上的力等于它们置换的空气量。gydF4y2Ba

因此,您必须进行更正,将此重量加回来,以避免测量误差。否则,如果不纠正此错误,则需要在您的gydF4y2Ba伟德之道预算的不确定性gydF4y2Ba.然而,这将导致您在测量中有一个较大的不确定度估计。伟德之道gydF4y2Ba

在下面的图片中,你可以看到一个重物放在天平上。左边的余额是正常的。右边的天平处于真空状态。gydF4y2Ba

正常情况下(即左侧)的重量受重力(FgydF4y2BaggydF4y2Ba)、反作用力(Fc)和浮力(FgydF4y2BawgydF4y2Ba).gydF4y2Ba

真空中的重量(即右侧)受重力(FgydF4y2BaggydF4y2Ba和反作用力(FgydF4y2BacgydF4y2Ba).因为它不置换空气,没有必要纠正它的空气浮力。gydF4y2Ba

空气浮力的例子,空气vs真空gydF4y2Ba


如何计算空气浮力修正gydF4y2Ba

计算空气浮力修正是相当简单的。根据应用程序的不同,应用它可能更加困难。所以,让我们首先学习如何计算空气浮力校正,然后我们可以看一些例子,展示如何将它应用到您的测量。gydF4y2Ba

看看下面的等式。这是修正空气浮力的基本方程。gydF4y2Ba

空气浮力修正公式gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba
校正系数gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba


要计算空气浮力,你需要遵循以下3个步骤:gydF4y2Ba

  1. 计算空气密度gydF4y2Ba
  2. 求质量密度gydF4y2Ba
  3. 计算空气浮力修正gydF4y2Ba

1.计算空气密度gydF4y2Ba

计算空气浮力校正的第一件事是找到空气密度。大多数人认为空气密度是1.2千克/米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba.然而,情况并非总是如此。这取决于你的位置和你的环境条件。gydF4y2Ba

例如,在海拔较高的实验室,空气密度很难达到1.2千克/米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

确保你计算自己的空气密度,而不是使用默认的1.2公斤/米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

空气密度受以下因素影响:gydF4y2Ba

  1. 空气温度,gydF4y2Ba
  2. 气压,gydF4y2Ba
  3. 相对湿度。gydF4y2Ba

有了这些信息,你可以很容易地计算出你的空气密度。gydF4y2Ba

找到这些信息最简单的方法就是用这个空气密度计算器。它有助于快速找到你需要的东西。gydF4y2Ba

我建议使用gydF4y2Ba全向空气密度计算器gydF4y2Ba.我用得最多的是计算器。gydF4y2Ba

另外,这是我找到的唯一一个计算潮湿空气密度的在线计算器。gydF4y2Ba

你可以在下面的图片中看到它的样子。gydF4y2Ba

全向空气密度计算器gydF4y2Ba

如果您不相信在线计算器,您可以使用gydF4y2Ba简化CIPM公式gydF4y2Ba用于计算空气密度。要了解更多关于CIPM公式的信息,请查看Metrologia的这篇期刊文章或gydF4y2BaEURAMET CG-18gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

MetrologiagydF4y2Ba

潮湿空气密度的修订公式(CIPM-2007)gydF4y2Ba

Euramet CG-18gydF4y2Ba

非自动称量仪器校正指引gydF4y2Ba


为了节省你的时间,看看下面的图片gydF4y2Ba简化CIPM公式gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

CIPM空气密度公式gydF4y2Ba

2.求质量密度gydF4y2Ba

确定了空气密度后,下一步就是确定质量密度。找到你的标准重量的质量密度应该很容易。通常,你可以从以下网站找到这些信息:gydF4y2Ba

  1. 制造商规格,或gydF4y2Ba
  2. 你的校准报告。gydF4y2Ba

制造商的规范gydF4y2Ba

在下图中,您将看到一个来自gydF4y2BaOIML R111gydF4y2Ba它提供了基于质量值和类别的质量密度要求。gydF4y2Ba

OIML R111质量密度极限gydF4y2Ba

接下来,看看下面的图片。这些图片来自于一个重量制造商的宣传册和目录。gydF4y2Ba

你会发现很容易找到你的重量类型的质量密度。gydF4y2Ba

在下面的图片中,你会发现OIML和ASTM级重量的质量密度。这很容易在重量制造商的目录中找到。gydF4y2Ba

OIML类权重质量密度gydF4y2Ba

ASTM等级衡量质量密度gydF4y2Ba

在下一张图中,你将看到更多的工业重量的质量密度值。同样,这些很容易在重量制造商的目录中找到。gydF4y2Ba

工业重量质量密度gydF4y2Ba

校准报告gydF4y2Ba

然而,如果你想要最好的近似你的重量质量密度,看看你的校准报告。特别是,如果它们来自OEM。通常情况下,重量制造商提供更准确的质量密度值。gydF4y2Ba

请看下面的图片,看到质量密度提供在这个校准报告。gydF4y2Ba

质量密度特伦纳校准报告gydF4y2Ba

3.计算空气浮力修正系数gydF4y2Ba

现在你有了你的空气和质量密度值,你可以使用下面的公式来计算空气浮力校正。只需遵循下面列出的步骤:gydF4y2Ba

空气浮力修正公式gydF4y2Ba

1.取代ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba根据你的空气密度值,gydF4y2Ba

空气浮力修正公式2gydF4y2Ba

2.取代ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba根据你的质量密度值,gydF4y2Ba

空气浮力修正公式步骤3gydF4y2Ba

3.用空气密度除以质量密度,gydF4y2Ba

空气浮力修正公式步骤4gydF4y2Ba

4.用第1(即1)减去第3步的结果,gydF4y2Ba

空气浮力修正公式5gydF4y2Ba

结果就是你的空气浮力修正系数。您将使用它来纠正质量、力和扭矩的测量结果。gydF4y2Ba

在下一节中,您将看到一些例子,其中包含了由于空气浮力而进行修正的公式。gydF4y2Ba


空气浮力校正示例gydF4y2Ba

在本节中,您将看到一些需要空气浮力校正的常用测量函数的示例。gydF4y2Ba

质量测量gydF4y2Ba

根据gydF4y2BaNIST SOP-2gydF4y2Ba(这是…的一部分gydF4y2BaNISTIR 6969gydF4y2Ba),空气浮力是最大的一种gydF4y2Ba不确定性的来源伟德之道gydF4y2Ba校准标准质量和重量时。gydF4y2Ba

看看下面的方程式,看看用来计算空气浮力校正质量测量的公式。gydF4y2Ba

从NIST SOP-2gydF4y2Ba
质量空气浮力修正方程gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba
MABC =空气浮力校正幅度gydF4y2Ba
米gydF4y2BaogydF4y2Ba=名义质量gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=测量时的空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BangydF4y2Ba=“正常”空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BaxgydF4y2Ba=未知重量的密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba=参考标准密度gydF4y2Ba


接下来,是计算未知重量的质量的公式gydF4y2BaNIST SOP-2gydF4y2Ba.注意,这个方程考虑了空气浮力校正。gydF4y2Ba

质量校准公式gydF4y2Ba

在那里,gydF4y2Ba
米gydF4y2BaxgydF4y2Ba质量未知gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba=参考标准的质量gydF4y2Ba
D =未知重量与参考标准的差值gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=测量时的空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BangydF4y2Ba=“正常”空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2BaxgydF4y2Ba=未知重量的密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba=参考标准密度gydF4y2Ba

刻度和平衡校准gydF4y2Ba

校准比例尺需要对局部重力和空气浮力进行校正。gydF4y2Ba

看看下面的公式,看看推荐的公式gydF4y2BaEURAMET CG18gydF4y2Ba用于校准天平和天平。gydF4y2Ba

规模校准公式gydF4y2Ba

I =指示gydF4y2Ba
M =质量gydF4y2Ba
G =局部重力加速度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba
KgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba=调整因素gydF4y2Ba

用自重测量力gydF4y2Ba

校准有自重的力仪器需要对空气浮力进行校正。gydF4y2Ba

看看下面的方程式,看看如何修正空气浮力的测量值。gydF4y2Ba

力校准公式gydF4y2Ba

F =力gydF4y2Ba
m =质量gydF4y2Ba
G =局部重力加速度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba

使用重量测试器进行压力测量gydF4y2Ba

使用自重测试仪进行压力校准时,需要对空气浮力进行校正(使用真空参考基准产生绝对压力时除外)。gydF4y2Ba

看看下面的方程式,看看载重测试仪的公式。注意空气浮力修正公式。gydF4y2Ba

气动压力gydF4y2Ba

自重测试仪公式气动(气)gydF4y2Ba

P =压力gydF4y2Ba
m =质量gydF4y2Ba
G =局部重力加速度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba
D =活塞直径gydF4y2Ba
τ =流体的表面张力gydF4y2Ba
一个gydF4y2BaegydF4y2Ba=活塞的有效面积gydF4y2Ba
αgydF4y2BacgydF4y2Ba=活塞缸的热膨胀系数gydF4y2Ba
αgydF4y2BapgydF4y2Ba=活塞的热膨胀系数gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba我gydF4y2Ba=温度(测试时)gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba裁判gydF4y2Ba=参考温度gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba我gydF4y2Ba=标称或目标压力gydF4y2Ba
ρgydF4y2BafgydF4y2Ba=流体密度(即N2)gydF4y2Ba
H =参考高度gydF4y2Ba

液压gydF4y2Ba

自重测试仪配方液压(油)gydF4y2Ba

P =压力gydF4y2Ba
m =质量gydF4y2Ba
G =局部重力加速度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba
D =活塞直径gydF4y2Ba
τ =流体的表面张力gydF4y2Ba
一个gydF4y2BaegydF4y2Ba=活塞的有效面积gydF4y2Ba
αgydF4y2BacgydF4y2Ba=活塞缸的热膨胀系数gydF4y2Ba
αgydF4y2BapgydF4y2Ba=活塞的热膨胀系数gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba我gydF4y2Ba=温度(测试时)gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba裁判gydF4y2Ba=参考温度gydF4y2Ba
PgydF4y2Ba我gydF4y2Ba=标称或目标压力gydF4y2Ba
ρgydF4y2BafgydF4y2Ba=流体密度gydF4y2Ba
H =参考高度gydF4y2Ba

使用自重测量扭矩gydF4y2Ba

执行静态扭矩校准需要使用扭矩轮或臂、电缆、盘和重量来产生所需的扭矩量。gydF4y2Ba

由于使用了自重,需要对空气浮力进行修正。gydF4y2Ba

看看下面的方程式,看看用于校准扭矩传感器的公式。gydF4y2Ba

扭矩传感器校准公式gydF4y2Ba

M =力矩(即扭矩)gydF4y2Ba
m =质量gydF4y2Ba
G =局部重力加速度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=空气密度gydF4y2Ba
ρgydF4y2Ba米gydF4y2Ba=质量密度gydF4y2Ba
θ =作用力的角度gydF4y2Ba
R =车轮半径或手臂/杠杆的长度gydF4y2Ba

正如你所看到的,有很多纠正空气浮力测量的例子。gydF4y2Ba


何时考虑空气浮力校正gydF4y2Ba

空气浮力的影响会显著影响您的测量结果。这就是你应该在你的gydF4y2Ba伟德之道不确定性分析gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

1.当它影响您的测量结果时gydF4y2Ba

在您将空气浮力纳入不确定度分析之前,请确保它影响您的测量过程和结果。伟德之道通常,你会发现这个因素会影响以下类型的测量:gydF4y2Ba

  • 质量测量,gydF4y2Ba
  • 刻度和天平校准,gydF4y2Ba
  • 力的测量(含自重),gydF4y2Ba
  • 压力测量(使用重量测试仪),和gydF4y2Ba
  • 扭矩测量(带自重)gydF4y2Ba

这里的关键是每一项测量都有取代空气的质量或重量。gydF4y2Ba

所以,问你自己这个简单的问题;“它取代空气了吗?”gydF4y2Ba

  1. 如果答案是gydF4y2Ba是的gydF4y2Ba,在不确定度分析中考虑它。伟德之道gydF4y2Ba
  2. 如果答案是gydF4y2Ba没有gydF4y2Ba,不要在你的不确定性分析中考虑它。伟德之道gydF4y2Ba

2.当空气密度发生变化时gydF4y2Ba

当空气密度发生变化时,空气浮力会导致测量结果的伟德之道不确定性。由于你最可能面对的是潮湿的空气,你的空气密度会受到以下因素的影响:gydF4y2Ba

  1. 温度,gydF4y2Ba
  2. 压力,gydF4y2Ba
  3. 湿度gydF4y2Ba

这是我最喜欢的一个在线计算器的链接,用来确定潮湿空气的密度:gydF4y2Ba

在线空气密度计算器gydF4y2Ba

你也可以使用gydF4y2Ba简化CIPM公式gydF4y2Ba用于计算空气密度。为了节省你的时间(需要查找),看看下面的图片,看看公式。gydF4y2Ba

CIPM空气密度公式gydF4y2Ba

3.当质量密度发生变化时gydF4y2Ba

伟德之道质量密度的不确定性常常被忽视。许多实验室并不认为它gydF4y2Ba伟德之道预算的不确定性gydF4y2Ba许多制造商在其规格或校准报告中没有列出它。gydF4y2Ba

你认为每一件不锈钢的重量都有确切的密度是8000千克/米吗gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba?gydF4y2Ba

答案是:可能不会。gydF4y2Ba

幸运的是,gydF4y2BaEURAMET CG-18gydF4y2Ba可以提供帮助。在指南的附录E中,您可以找到下面的表格。它提供了普通标准重量材料的质量密度的标准不确定度。伟德之道gydF4y2Ba

这是非常有用的信息,因为它很难找到。gydF4y2Ba

查看下表,找出基于标准重量的材料的质量密度的不确定度。伟德之道gydF4y2Ba

标准重量的质量密度gydF4y2Ba


伟德之道由于空气浮力的不确定性gydF4y2Ba

空气浮力会影响测量结果,原因如下:gydF4y2Ba

  1. 空气密度的变化,和/或gydF4y2Ba
  2. 校准和使用之间的密度差异。gydF4y2Ba

空气密度的变化gydF4y2Ba

空气密度受下列环境因素影响:gydF4y2Ba

  1. 大气压力,gydF4y2Ba
  2. 温度,gydF4y2Ba
  3. 湿度。gydF4y2Ba

当这些变量中的任何一个发生变化时,都会引起空气密度的变化。此更改会影响您的测量结果并增加您的不确定度。伟德之道gydF4y2Ba

条件之间的区别:校准与使用gydF4y2Ba

设备校准时间和设备使用时间之间的空气密度差异会导致测量结果的不确定性。伟德之道gydF4y2Ba

例如,当使用时的空气密度与参考空气密度(约1.2公斤/米)不匹配时,Euramet CG-18推荐一个调整因子来纠正标准重量的常规质量值gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba).gydF4y2Ba


结论gydF4y2Ba

空气浮力是造成测量结果不确定度的重要因素;伟德之道特别是当你处理的测量函数涉及到重量(例如质量,压力,力,扭矩)。gydF4y2Ba

在本指南中,你应该学会:gydF4y2Ba

此外,本指南提供了大量常见的测量示例,因此您可以自信地纠正空气浮力的测量结果。gydF4y2Ba

当报告测量结果时,一定要把空气浮力考虑在内,或者一定要把它包括在不确定度分析中。伟德之道修正空气浮力的测量结果会使不确定度减小。伟德之道如果您没有为它纠正您的测量结果,那么您将需要包括它gydF4y2Ba你的不确定伟德之道度分析会产生更大的不确定度。gydF4y2Ba

选择权在你。gydF4y2Ba

发布:gydF4y2Ba
关于作者gydF4y2Ba

理查德·霍根gydF4y2Ba

理查德•霍根(Richard Hogan)是总部位于美国的咨询和数据分析公司ISO budget, l.l.c.的首席执行官。伟德国际注册送25服务包括测量咨询、数据分析、不确定度预算和控制图。伟德之道Richard是一名系统工程师,在计量行业拥有实验室管理和质量控制经验。他擅长不确定性分析、工业统计和过程优伟德之道化。理查德拥有弗吉尼亚州诺福克市老道明大学工程学硕士学位。请与理查德联系gydF4y2BaLinkedIngydF4y2Ba.gydF4y2Ba

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