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砝码的真空质量值和折算质量值交流

*千克原器的质量是真空质量，也就是实际质量值。为什么量传到下面等级砝码时会采用折算质量?这是因为我国的砝码制造材料有很多。根据砝码等级的不同，*用的材料差别很大。砝码的制造材料通常有JFI无磁不锈钢、无磁不锈钢、不锈钢、铜合金、铸钢、铸铁、铝合金，材料密度从2.7g/cm3到8.4g/cm3不等。当借助天平，用砝码作标准称量物体时，如果使用实际质量(真空质量)相同、制造材料不同的砝码，称出物体的质量会不同。这是因为根据阿基米德定律:砝码在空气中衡量时会受到空气浮力的影响，浮力大小等于砝码排开空气的重量。当砝码实际质量(真空质量)相同时，由于砝码材料不同，导致砝码的体积不同，由于空气浮力的作用，砝码在天平上称出的质量值也会不同。如两个砝码真空质量值都是200.0000g，材料分别为不锈钢和铜合金，材料密度分别为7.85g/cm3和8.4g/cm3。它们在标准空气密度中衡量的实际结果分别为199.9694g和199.9714g。当没有考虑空气浮力，直接用这两个砝码200.0000g质量值在天平上称量同*被测物时，被测物的测量结果就会不同，两者相差2mg。要想得到正确的质量测量结果，应当进行空气浮力修正。为此，必须实测砝码和被衡量物体的体积和空气密度。显然，在*般性的衡量工作中，是很难做到这*点的。为了解决用不同材料的砝码衡量同*种物体*得结果不*致的问题，可以利用真空天平进行衡量，以排除空气浮力的影响。或者让*有砝码均用同*种材料制造，使这*问题不复存在。然而这些方法都是不现实的。于是，有人想出了*种办法，即利用折算的方法，把不同材料的砝码的量值，换算成其密度为8.0g/cm3的砝码的量值，即采用折算质量值方法。砝码的折算质量值是:假想*个砝码，在温度为20℃、空气密度为0.0012g/cm3的空气中与*个材料密度为8.0g/cm3的标准器达到平衡，则该标准器的质量即为该砝码的折算质量。

　　例如，当两个砝码真空质量值都是200.0000g，材料密度分别为7.85g/cm3和8.4g/cm3时，通过上述公式计算得出的折算质量值分别为199.99943g和200.00143g。通过换算使砝码的材料密度都为8.0g/cm3，这样不用考虑砝码的体积，砝码的质量值与称量结果相吻合，消除了由于砝码真空质量相同而材料密度不同*导致的被测物体的测量结果不同。*以，*般*度等级比较低的砝码(如F2等级以下)，由于砝码体带有调整腔，不便于体积测量，它们的质量值只给折算质量值。

　　对于*度等级*的砝码(如*千克副基准砝码、E1等级砝码)，既给真空质量值又给折算质量值。对于E2等级砝码、F1等级砝码，按JJG99-2006《砝码》检定规程规定只给折算质量值，但是通常要实测砝码体积。这是因为按照JJG99-2006中折算质量的计算公式，当通过标准砝码的折算质量计算被检砝码折算质量时，计算公式中:mct——被检砝码折算质量，g；mcr——标准砝码折算质量，g；Vt——被检砝码体积，cm3；Vr——标准砝码体积，cm3；ρa——实验室实际空气密度，g/cm3；ρ0——标准空气密度(ρ0=1.2mg/cm3)；ΔI——被检砝码与标准砝码在天平上显示的质量差值；mcs——测天平灵敏度的标准小砝码；ΔIs——天平放上测灵敏度的小砝码后示值的变化量。

　　通过上述公式计算可知，当实验室海拔*度在800m以下时，实验室的实际空气密度ρa与标准空气密度ρ0接近，空气浮力部分(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)引起的质量差值远小于JJG99-2006中规定的砝码质量大允许误差的1/9，按照JJG99-2006的要求，该部分差值可忽略。当海拔*度在800m以上时，实际空气密度ρa与标准空气密度会相差10%以上，空气浮力引起的质量差值就很大，超过JJG99-2006的要求。该部分差值不可忽略必须计算。例如:甘肃省空气密度平均值为1.012mg/cm3，对于两个200g砝码，密度分别为7.85g/cm3和8.4g/cm3，由空气浮力引起的质量差值等于m=(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)=(200/8.4-200/7.85)×(1.012-1.2)=0.314g，大于F1等级200g砝码质量大允许误差的1/9，该部分差值不能忽略必须计算。这时需实测被检砝码与标准砝码的体积或密度。计算砝码体积或密度必须使用标准砝码的真空质量值，因此需要将砝码的折算质量值换算成真空质量值。在实际生活中，通常描述*个物体的质量时，使用的是物体的折算质量。但对于某些*砝码，或当用户有特殊需要时，或当使用地点的海拔达到*定*度时，就要用到物体的真空质量值。这时需要把折算质量值换算成真空质量值。

　　为此，笔者建议在工作中使用*度级别*的砝码和用于校准天平的砝码，或在*定海拔*度时尽量使用密度为8.0g/cm3的砝码，以减少衡量过程中称量误差及真空质量与折算质量之间换算的麻烦。