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采用超声波清洗天平砝码的技术案例及实验应用说明 介绍：

摘要

为了推广超声波清洗机在天平砝码清洁和检定中的应用，首先，简述传统的利用无水乙醇的手工清洗方法及其缺陷;其次，分析超声波清洗技术的原理及性能;最后，设计相关实验，并对结果进行比较分析。结果表明，超声波清洗技术具有高效、安全、环保等优点，在现代计量的砝码清洁中具有广阔的应用前景。

1引言

砝码是具有给定质量和规定形状的实物量具，用以定义、实现、保持和复现量值或测量器具的测量结果。在现代计量中，以保存在法国国际计量局的铂铱合金千克原器实物为唯一质量量值基准器，砝码是相应的质量量值传递的标准量具，其质量的合格与否关系到工业、农业、科研、医药卫生以及人们的日常生活等方方面面。

为了保证被测对象的量值准确和一致性，要严格按照砝码检定系统表，完成对砝码的量值传递。当砝码长期使用时，周围的环境会对其质量造成一定的影响，如受损、腐蚀或者粘附一些杂物等因素使其质量发生变化。按照JJG99－2006砝码检定规程［1］，在一定的时间周期内需要对砝码进行清洗和检定，以保证砝码质量量值传递的准确可靠;另外，在做任何检定、测量之前，必须对砝码进行清洁。可见，清洗是保证砝码准确可靠的一个极为重要的环节，而且若清洗不到位也可能会影响质量检定，如在检定砝码质量值时可能会污染到比较仪，进而造成误差。

因此，高效、高洁净的清洗技术是现代计量中保持砝码质量合格的必然要求。本文在简述实验室使用的无水乙醇清洗技术及最新引进的超声波清洗技术原理的基础上，通过实验数据对比分析两种技术的性能。结果表明，超声波清洗技术在效果、效率及安全性等方面具有明显的优势，它在将来的砝码清洗工作中必然发挥出越来越重要的作用。

2无水乙醇清洗方法

在任何检定、测量之前，都必须对砝码进行清洁，在清洁过程中需注意如下几个方面:

(1)为了保证清洁的高质量和高可靠性，一方面，在抓取和存放砝码时必须保持其清洁，另一方面，在清洁过程中不能去除任何一块砝码材料，而且不得改变砝码的表面特性(如划伤砝码)。

(2)清洗时，对于F1等级及以上天平砝码，当没有调整腔时，应将砝码浸入清洗液(如无水酒精或蒸馏水)中，用毛刷轻轻擦试表面，除去表面的污垢和灰尘;清洗干净后，用无尘毛巾擦试砝码表面，避免清洗液残留造成砝码表面的水渍斑，影响砝码的折算质量值。对于带有调整腔的砝码，不得将其浸入清洗液中，以免液体浸入腔体，进而影响测量结果。对于带有调整腔的砝码以及F2等级以下砝码，只需要用沾有清洗液的纱布和毛刷擦试砝码表面，以去除污垢和灰尘。

(3)清洁后，要保持检定室内的温度恒定，且砝码等级越高，清洁稳定时间越长。根据国家计量检定规程规JJG99－2006规定。目前，国内大部分质量实验室采用的是无水乙醇的清洗方式，如图1所示。图中左下方丝绸上放的是待洗砝码，右下方是清洗后的砝码，盆中放的是无水乙醇和正在清洗的砝码。当待检定的砝码在进入实验室时，首要的工作就是砝码清洁和温度稳定。对于不带调整腔的砝码，先浸入到无水乙醇中，用细毛刷清洁砝码表面，清洁后用丝绸擦试砝码表面，然后放在干的丝绸上。需要注意的是，在整个过程中不能用手直接接触砝码表面，而是用镊子夹取砝码，而且要带一次性手帕。用无水乙醇清洁砝码存在一定的弊端。比如，乙醇有刺激性和麻醉神经作用，当吸入量较大的时候，对检定操作人员可能会造成伤害;另外，由于检定砝码对环境的特殊要求是恒温恒湿，所在的实验室在地下室，空气流通量相对较小，因此，长时间接触无水乙醇对身体也可能会造成伤害。

3超声波清洗技术

为了克服无水乙醇清洗砝码时可能会伤害操作人员等方面的弊端，上海计量测试技术研究院质量实验室尝试使用超声波清洗技术。自从1951年日本制造出第一台超声清洗机以来［2］，凭其高效、安全等优点，超声波清洗技术在国内外得到了广泛的应用，其应用涉及到机械、表面处理、仪器仪表、电子、医疗、半导体、钟表首饰、生物化学、光学、石油化工等行业。

3．1超声波清洗机原理

如图2所示，超声波清洗设备主要包括超声波发生器、超声波换能器和清洗槽等组成部分［3，4］。超声波发生器起到电源的作用，通过产生电磁振荡信号而提供能量。换能器即振板，是超声波清洗的关键环节，它把超声波发生器产生的电磁振动转换成换能器本身的超声振动，并传输到清洗槽中产生空化作用，通常置于清洗槽的底部;清洗槽通常由不锈钢材料制成，用来容纳清洗液以及待清洗的工件。超声波清洗主要是利用超声波在液体中的空化作用将物体表面的污物层剥离，从而达到清洗的目的。当超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到清洗液中，在清洗液中形成直线辐射传输的超声波束，疏密相间地向前辐射。在传播的过程中，会产生无数微小的气泡并产生负压，这些小的气泡会在负压区因负压的产生而迅速长大，又会在正压区因正压的突然产生而急速破裂，这种现象即为超声空化作用。空化作用可以把声场中能量集中起来，在空化泡崩溃的瞬间，液体在极小空间内将其高度集中的能量释放出来，产生几十乃至上千个大气压力，不断冲击物体表面。这种空化作用，即使对凹坑或缝隙中的污物而言，也可快速、有效的将其清除，而且整个过程只需在几十秒或几分钟内即可完成［5］。

3．2超声波清洗机优点

根据以上超声波清洗机的原理，不难看出它至少有以下优点［4，6］:(1)清洗效果好。超声波清洗被国际公认为是当前效果最好的清洗方式。用超声波清洗砝码，由于产生的气泡是非常均匀的，就像无数个小刷子同时清洗砝码表面，只要砝码浸在液体中，气泡就会到达砝码任何一个地方，因此，即便是深孔、细缝部位，也可以取得很干净的清洗效果［6］。(2)清洗效率高。基于无水乙醇的传统的手洗方4实验分析为了验证超声波清洗砝码的良好效果，实验室将超声波清洗过的砝码与手工无水乙醇清洗过的砝码，做了质量测定和比较。

4．1实验过程

整个实验设计思想如下:实验一，将2kg，200g，2*kg，200*g砝码用无水乙醇清洗以后放在实验室中预置的位置，30天后测其质量修正值;2kg，200g砝码用超声波清洗机清洗，2*kg，200*g用手工无水乙醇清洗，恒温后测其质量修正值。实验二，实验一结束后将2kg，200g，2*kg，200*g砝码放置在原来的位置，30天后将2kg、200g用超声波清洗机清洗，恒温后测其质量修正值。实验室环境温度:20．03℃，相对湿度:47．6%。用到的E1等级标准砝码:2kg砝码:编号是494，质量允差是－0．140mg2*kg砝码:编号是495，质量允差是－0．110mg200g砝码:编号是198，质量允差是0．007mg用到的比较仪:AT1006，AX64004用到的超声波清洗机:普利赛斯国际贸易(上海)有限公司生产，型号为DC900H。

实验中超声波清洗天平砝码的流程:首先，为了与手工无水乙醇清洗的砝码的质量相对比，将待清洗的砝码放入烧杯中，并在烧杯中注入无水乙醇，直到浸没待清洗的砝码，然后将烧杯放入吊篮中。启动超声波清洗机系统，将吊篮放入清洗槽中。打开给水泵，注入净水。当水位浸没无水乙醇的水位时，停止给水。启动加热系统，至设定的温度。启动超声波发生器，设定预定时间为5min。结束后，打开污水泵，将水放出，然后将烧杯中的无水乙醇倒回原瓶中，启动烘干系统，当砝码烘干后，将砝码取出，放在丝绸上，并放入待测其质量的实验室进行恒温。

4．2实验结果对比

实验清洗前后的数据如表2和表3所示。表4是实验二中用超声波清洗机清洗砝码前后的质量修正值的对比表。从这些表可以看出:通过表2和表3的砝码的变化值的比较，得出用超声波清洗后的砝码的变化值更大。表4中两个砝码的修正值变化值很小，得出砝码在用超声波清洗中没有受到损伤。砝码清洗前后的效果图如图4和图5所示。从图4可以看出:用超声波清洗后，砝码的表面没有划伤，而且表面很清洁。从图5可以看出:用两种方法都可以达到清洁砝码的目的，而且用超声波清洗后的砝码表面目测时更清洁。

5结束语

通过对超声波清洗机的理论分析与实验结果的分析，可以得到如下结论:(1)通过实验一，比较表2和表3，证实用超声波清洗机清洗的砝码比用无水乙醇清洗的砝码的质量变化值更大，清洗效果更明显。(2)通过实验二，比较表2和表4，证实采用超声波清洗砝码不会对砝码表面造成伤害，而且同样能够保证测量结果的准确可靠。(3)超声波清洗的清洗作用主要由超声空化来实现，便于自动化，可以有效地降低操作的劳动强度，缩短操作时间，避免环境污染，可以实现清洗自动化而且提高了工作效率。

上述是采用超声波清洗天平砝码的技术案例及实验应用说明的详细内容！