THIẾT BỊ-DỤNG CỤ-HÓA CHẤT-TEST KIT

Quả cân và phương pháp kiểm định/hiệu chuẩn

15/05/2015 / Trong danh mục Kiến thức hổ trợ, Tin tức - Sự kiện

Quả cân và phương pháp kiểm định/hiệu chuẩn

Tài liệu tham khảo:

1. OIML IR 111/2004: weights  of classess E1, E1, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3, M3. Part 1 Metrological & Technical requirements.

2. ĐLVN 50:1999 Quả cân cấp chính xác E2, F1, Quy trình kiểm định.

3. ĐLVN 47:1999 Quả cân cấp chính xác  F2, M1, M2, Quy trình kiểm định.

4. Kiểm định quả cân, Tài liệu đào tạo, Trung tâm Đào tạo, Tổng cục TCĐLCL, 2002.

5. Mass standards & calibration Methods. Kriss 1995.

6. Fundamentals of Mass Determination, Mettler – Toledo AG

Ch.I. Vấn đề chung
1.1 Khái niệm về k lượng, tr lượng

- Khối lượng của một vật là lượng vật chất chứa trong vật đó. Kh lượng vừa đặc trưng cho quán tính của vật vừa đặc trưng cho sự hấp dẫn của vật đối với vật khác. Kh lượng là một đại lượng vật lý không đổi.

- Trọng lượng của một vật là lực gây ra do tương tác của vật và trái đất

- Quan hệ giữa tr. lượng P và kh. lượng m:                                            P = m.g

- Gia tốc trọng trường “g” thay theo vĩ  độ và độ cao nơi đặt vật.  gHN =  9,78668927 m/s2;   g dn = 9,78402088 m/s2; : gHCM = 9,78223524 m/s2

® Chênh lệch “g” giữa HN & t/p HCM là 4,5.10-4 m/s2

Đ vị đo k lượng là “kilôgam” , viết tắt là “kg”; Đ vị đo tr lượng là “Niutơn”, viết tắt là “N”.  1N  = 1kg .1m/s2

- Tại một địa điểm (g không đổi), hai vật có k lượng là m1 , m2 và tr lượng là P1, Pthì: P1/P2 =  m1/m2

- Vì vậy, để đo k lượng m của  vật, ta có thể đo tr lượng P của nó. Nói cách khác là dùng “cái cân” là ptđ trên nguyên lý tr lượng để đo khlượng;

- Tuy nhiên phải thực hiện tại cùng một địa điểm; phải kiểm định/hiệu chuẩn cân tại vị trí sử dụng cân.

- Sự nhầm lẫn hai khái niệm “trọng lượng” và “khối lượng” trên diện rộng (nhiều nước) và kéo dài đến nay.

1.2 Chuẩn đ.vị đo kh. lượng

a. Chuẩn gốc Quốc tế kilôgam:

- Năm1880: kilôgam lưu trữ;

- 1889, CGPM lần 1 chọn quả K III làm đ. vị đo k.lg: kilôgam là đ.vị đo k.lg và bằng k.lg của chuẩn gốc q.tế kg.Quả cân bằng Pt-Ir, khối lượng riêng g bằng 21,5 kg/cm3

- 1901 CGPM lần 3 khẳng định lại chuẩn gốc q.tế kg;

- 1960, ra đời SI, lần nữa khẳng định chuẩn gốc q.tế kg;

- Chế tạo nhiều q.cân thép không rỉ (g=8 kg/cm3) để lưu trữ và sử dụng tại BIPM và phân phát cho các nước làm chuẩn  q.gia. Td: Chuẩn gốc K, Chuẩn kiểm tra: KI, Số 7, 8(41), 32, 43, 4 7. Chuẩn để kiểm: Số 1, 29, KII, 63, 67, 73, 77…

b. Chuẩn Quốc gia kilôgam:

- Chuẩn phân phát cho các nước làm chuẩn quốc gia gồm các quả mang số hiệu sau: Rumani: 2; Tây ban nha: 3, 24; USA: 4, 20; Ý: 5, 19, 62, 16; Nhật: 6, 30, 59; Bồ đào nha: 10, 69, Nga:12, 26; Pháp: 13, 17, 25, 34,3 5; Đức: 15, 22, 52, 55, 70, Hàn quốc: 39, 72; Thuỵ điển: 40; Trung quốc: 60, 61, 64…

- Việt Nam: Sử dụng quả Elàm chuẩn quốc gia (chuẩn thứ) theo Q.định 14/2006/QĐ-TTg ngày 17/ 01/ 2006) phê duyệt 10 chuẩn Q.gia, trong đó có quả cân 1 kg số 982/2 có kl 1,000 000 275 kg, độ chính xác 2.10-8

1.3. Phân loại quả cân

a. Theo Cấp chính xác:

                OIML R.111 phân quả cân từ 1 mg – 5000 kg theo các cấp chính xác sau:

E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3, M3;

- E1: liên kết với chuẩn Q.gia và truyền xuống E2;

- E2: để hc/kđ quả F1, dùng với cân cấp 1;

- F1: để hc/kđ quả F2, dùng với cân cấp 1 và 2;

- F2: để hc/kđ quả M1, M2, dùng với cân cấp 2;

- M1: để hc/kđ quả M2, dùng với cân cấp 3;

- M2: để hc/kđ quả M3, dùng phổ biến trong Tmại

với cân cấp 3;

- M1-2; M 2-3 từ (50–5000)kg dùng với cân lớn ccx 3

b. Theo mục đích sử dụng:

- Quả cân chuẩn: Dùng làm chuẩn để kiểm đinh/hiệu chuẩn quả cân và cân.

- Quả cân sử dụng cùng với cân hoặc các trang thiết bị khác; máy lực, máy áp suất, máy khác.

- Quả cân chuẩn và quả cân dùng với cân (trừ các quả cân chuyên dụng) được chế tạo theo quy định về hình dáng, kích thước vật liệu…và về cấp chính xác. – - Quả cân khác chế tạo theo yêu cầu sử dụng cả về hình dáng và độ chính xác. Việc kiểm định các quả cân này theo yêu cầu sử dụng.

1.4 Độ lệch và sai số cho phép

a) Giá trị danh định & sắp bộ quả cân:

- Giá trị danh định: là giá trị khlượng ghi khắc trên quả cân, thường là các giá trị  (1, 2, 5,) x 10k  kg, k = 0, nguyên, âm, dương.

- Bộ quả cân được sắp bộ theo dãy: 1, 1, 2, 5 hoặc 1, 1, 1 ,2, 5 hoặc 1, 2, 2, 5; hoặc 1, 1, 2, 2, 5;

b) Độ lệch và sai số cho phép:

-  Độ lệch Dm của quả cân là hiệu giữa giá trị khối lượng thực tế và khối lượng danh định.

- Sai số Em của quả cân là hiệu giá trị k/lg danh định và k/lg thực tế. Như vậy Dm = – Em

- Sai số cho phép MPE (độ lệch cho phép) trong kđ ban đầu quả cân là giá trị +/- theo Bảng 1; trong kđ, định kỳ, trong sử dụng do quốc gia quy định.

1.4. Độ lệch và sai số cho phép

Kl danh định E1 E2 F1 F2 M1 M2 M3
20 kg 10 30 100 300 1000 3000 10 000
10 kg 5.0 16 50 160 500 1600 5 000
5 kg 2.5 8.0 25 80 250 800 2 500
2 kg 1.0 3.0 10 30 100 300 1 000
1 kg 0.5 1.6 5.0 16 50 160 500
500 g 0.25 0.8 2.5 8.0 25 80 250
200 g 0.10 0.3 1.0 3.0 10 30 100
100 g 0.05 0.16 0.5 1.6 5.0 16 50
50 g 0.03 0.10 0.5 1.0 3.0 10 30
20 g 0.025 0.08 0.25 0.8 2.5 8.0 25
10 g 0.020 0.06 0.20 0.6 2.0 6.0 20
5 g 0.016 0.05 0.16 0,5 1.6 5.0 16
2 g 0.012 0.04 0.12 0.4 1.2 4.0 12
1 g 0.010 0.03 0.10 0,3 1.0 3.0 10

1.5 Yêu cầu kỹ thuật quả cân

a) Hình dáng q.cân:

- Quả đến 1g: dạng tấm, que

Quả 1 (10,100, 1000 mg) tấm tam giác, que 1 đoạn;

Quả 2 (20, 200 mg): tấm vuông, que 2 đoạn;

Quả 5 (50, 500 mg) tấm ngũ giác, que 5 đoạn;

- Quả đến 50 kg: Hình trụ tròn có cổ hoặc khối tiết diện chữ nhật

- Quả trên 50 kg: Trụ tròn hoặc tiết diện chữ nhật hoặc khác dễ lăn, dễ móc nâng, hạ, xếp gọn ổn định.

- Quả E1, E2 không có hốc điều chỉnh; riêng E2 lớn hơn 50 kg có thể có hốc điều chỉnh, không quá 1/1000 k. lg

b) Vật liệu:

E1, E2 Thép không rỉ ostenit.

F1, F2: Thép không rỉ, đồng mạ,

M1: Đồng mạ, gang xám

c) K/lg riêng: gần với 8 g/cm3,

khi k/lg riêng kkhí thay đổi 10% so với 1,2 kg/m3  thì gây sai số không quá ¼.MPE.

TD: E1: từ 7,934- 8,067 g/cm3;    E2: 7,81 – 8,21;   F1: 7,39- 8,73;    F2: 6,4- 10,7;     M1: lơn hơn 4,4.

d) Từ tính : Độ từ hoá không quá giá trị quy định. Td: quả E1: 2,5mT; E2: 8 mT; F1: 25 mT; F2: 80 mT…

e) Bề mặt: Độ nhẵn bề mặt thoả mãn yêu cầu: E1: Rz = 0,5 mm, Ra= 0,1 mm; E2: 1 và 0,2; F1: 2 và 0,4; F2: 5 và 1…

1.6 Hiệu chính sức đẩy không khí

a) Klg hình thức và klg quy ước:

- Một vật cân trong không khí, chịu một “lực nâng” (lực đẩy Asimét) bằng với klg không khí mà vật chiếm chỗ;

- Klg được chỉ thị trên cân được gọi là “klg hình thức” (apparent mass). Klg này phụ thuộc vào điều kiện môi trường, như mật độ dòng khí xung quanh.

- Hai vật có k/lg mx và ms với klg riêng dx và ds cân bằng trong không khí theo phương trình sau:

mx (1-r/dx)   = ms (1 – r/ds);        (1)

trong đó r là klg riêng của không khí

mx = ms ( 1 + r(1/dx  – 1/ds))

= ms  +  ms x k               (2)

Với           k = r(1/dx  – 1/ds)  (3)

k là số hiệu chính sức đẩy không khí.

- Klg quy ước: Trong hiệu chuẩn quả cân để thay cho “klg hình thức” người ta sử dụng “klg quy ước”.

- Klg quy ước là klg của vật khi thực hiện phép cân trong không khí với nhiệt độ là 200C, klg riêng của quả cân chuẩn là 8000 kg/m3, mật độ không khí là 1,2 kg/m3. Thay những giá trị này vào (3) ta có

k  = 1,2 (1/dx – 1/8000)   (4)

 

1.7 Kiểm tra & làm sạch quả cân

a) Thông tin cần có:

- K/lg danh định mỗi quả, ĐKĐBĐ Uc, hệ số phủ k;

- Quả E1, E2 nhất thiết có Giấy chứng nhận kèm theo,

- Quả E1 cần biết k/lg riêng/thể tích mỗi quả cân

b) Xem xét bề ngoài:

Những hư hỏng bề mặt (xước, lõm..) làm thay đổi k/lg

c) Làm sạch quả cân:

- Quả liền, tấm, que: Nhúng cồn hoặc xăng sau đó phun hơi nước;

- Quả có núm xoáy: dẻ tẩm cồn lau, không để cồn vào núm điều chỉnh;

- Quả sơn,phủ: bàn chải, dẻ lau sạch không làm bong sơn, phủ;

1.8 Phương pháp cân chính xác

1. Phương pháp cân thế (Borda – cân trên một cánh tay đòn).

Nguyên lý: Hai đại lượng sẽ bằng nhau khi chúng cùng bằng một đại lượng thứ ba.

Thực hiện lần lượt các phép cân:

1)            Phải: Q  -  Trái: Bì T:   vị trí cân bằng L1

                                                                         Phải: Q x l1 = Trái: T x l2    (1)

Trong  đó l1  và l2 là các cánh tay đòn

2)  Vật P  – Bì T: Vị trí cân bằng L2

Phải: P x l1  = Trái: T x l2    (2)

Từ (1) và (2) suy ra  Q = P

3) Cân lần 3 để tìm giá trị độ chia d của cân:

đưa gia trọng p vào 1 trong 2 đĩa cân để cân bằng:

Phải: (P+ p ) x l1 = Trái: T x  l2 : Vị trí cân bằng L3 (3)

Kết quả ta có:

Q = P + (L1- L2).d = P + (L1 – L2). p / (L3 – L2)

Để có kết quả chính xác hơn, thực hiện cân lặp các phép cân 1 và 2 nhiều lần.

Thí dụ: L1 = 8,95; L2 = 10,1; L3 = 13,1;

quả cân P = 200 004 mg; p = 5 mg

Ta có Q = 2000 004 + (8,95-10,1)x 5 / (13,1- 10,1)

= 2000 004 – 1,15×1,7 = 200 002 mg

2. Phương pháp cân lặp (cân đổi chỗ- Gauss):

1)  Tr: Các quả cân P  – Ph:Vật Q

P x l2    = Q x l1         (1)

                        2) Tr Vật Q  – Ph: các qcân P + k

Q x l2    = (P ± k) x l1          (2)

Dấu (+) khi thêm gia trọng k vào đĩa đặt quả cân; (-) khi thêm k vào đĩa vật.

Chia (2) cho (1) Có:   Q/ P   = (P ±  k)/ Q

Q2 = P .(P ±  k) = P2 .(1 ± k/P)

Q = P(1 ± k/P)1/2

                        Triển khai Nhị thức Niutơn và bỏ qua các giá trị nhỏ ta có:             Q  = P ± (½).k

Thêm gia trọng p để xác định giá trị độ chia của cân và kết quả ta có:

Q =   P ± (½).k ± (1/2).(L1- L2).d

= P ± (1/2).k ± (1/2).(L1 – L2). p / (L3 – L2)

3. Phương pháp cân Menđêlêep:

Cân ở 1 mức cân không đổi:

Phép cân 1: Tổng các quả cân với Bì

Phép cân 2:Thêm vật Q vào đĩa có quả cân đồng thời rút những quả cân tương ứng åp cho cân bằng với bì. Kết quả ta có:

Q = åp ± p (L1 – L2)/ (L3 – L4)

 

Ch.II. Kđịnh/ hchuẩn quả cân
2.1 Quả cân F2 và thấp hơn

1. Chuẩn & phương tiện kđ:

- Chuẩn có cấp chính xác cao hơn quả kiểm một bậc;

- Cân chuẩn có độ lệch chuẩn không quá 1/5 độ lệch cho phép của quả cân.

- Nhiệt kế d = 10C; ẩm kế d = 5%;

                        - Dụng cụ, vật liệu làm sạch quả cân

2. Điều kiện kđ:

- Nhiệt độ (20 +/- 5)0C, thay đổi không quá 10C/h;

- Độ ẩm (60+/-15)%

3. KĐ quả cân F2:

Phương pháp thế và so sánh trực tiếp

a) Trên cân 2 đĩa:

- So sánh:            Bì (B)   -  Chuẩn (C)    Chỉ thị K1

- Thêm quả nhỏ r xác định giá trị độ chia của cân   Chỉ thị K2

- So sánh:              Bì -  quả kiểm Q               Chỉ thị K3

- Kết quả              LQ = LC + Δm

LQ và  LC là độ lệch của quả kiểm và quả chuẩn

Δm = r. (K3 – K1)/ (K2 – K1)

b) Trên cân 1 đĩa:

- Cân quả chuẩn C   Chỉ thị K1

- Thêm quả nhỏ r xác định giá trị độ chia.  Chỉ thị K2

- Cân quả Kiểm Q   Chỉ thị K3

- Kết quả:        LQ = LC + Δm

4. KĐ quả cân cấp M:

(Chỉ cần xác định quả cân nằm trong sai số cho phép):

- Quả chuẩn – cân bằng với quả Bì

- Quả kiểm, thêm/bớt quả bằng sai số cho phép cân trở về hoặc vượt quá cân bằng là đạt yêu cầu.

Chú ý:

- Khi kiểm ban đầu, độ lệch quả cân nên lấy dương (thêm quả sai số vào bì)

- Khi kiểm hàng loạt quả cân Q có cùng khối lượng danh định, cần lấy thăng bằng Quả chuẩn và bì sau khi kiểm tối đa 5 quả Q.

2.2 Quả cân E1, E2, F1

1. Chuẩn & phương tiện kđ:

- Chuẩn có cấp chính xác cao hơn quả kiểm một bậc;

- Cân chuẩn có độ lệch chuẩn không quá 1/5 độ lệch cho phép của quả cân.

- Nhiệt kế d=0,10C; ẩm kế d=2%;Khí áp kể d=100 Pa

                        - Dụng cụ, vật liệu làm sạch quả cân

2. Điều kiện kđ:

- Nhiệt độ (20 +/- 2)0C, thay đổi không quá 0,50C/h;

- Độ ẩm (60+/-15)%

3. KĐ quả E1, E2 theo phương pháp so sánh vòng,

quả F1 có thể theo phương pháp trực tiếp (xem mục 2.1.3)

- Khi klg riêng của quả cân và điều kiện kiển định không khác so với điều kiện quy ước 10% thì bỏ qua hiệu chính sức đẩy không khí;

- Phải xác định độ không đảm bảo đo của klg quả cân

2.2 Quả cân E1, E2, F1

4. Ph­¬ng ph¸p So s¸nh vßng

             Nguyªn lý:

- So s¸nh qu¶ chuÈn víi tæng c¸c qu¶ kiÓm (cïng k l­îng)

            – So s¸nh 1 qu¶ kiÓm víi tæng c¸c qu¶ cßn l¹i (cïng k l­îng)

Q200 = (2.Q500 + 2a2- 3a3 +2a4 + a5)/5

Q200x= (2Q500 + 2a2  + 2a3  – 3a4 + a5)/5

Q100 = (Q200 +  a3 – a4)/2

                                    Q50  =  (Q100 + a5 – a6 ) / 2

Q20    = (2Q50 + 2a6 - 3a7+ 2a8 + a9 ) / 5

Q20*  = (2Q50 + 2a6 + 2a7- 3a8 + a9 ) / 5

Q10   =  (Q20 + a7 –a9 ) / 2

Q5   =   (Q10 + a9 –a10 ) / 2

Q2    =  (2Q5 + 2a10 –3a11 + 2a12 + a13 ) / 5

Q2*  =  (2Q5 + 2a10 + a11 – 3a12 + a13 ) / 5

Q1   =   (Q2 + a11 –a13 ) / 2

Q1*  =   (Q2 + a11 +a13 ) / 2

Ch.III. Độ không đảm bo đo

§K§B§ tæng hîp Uc:

Uc= Ö  U2R/n  +  U2RS  +  U2M  +  U2NBC

Trong đó:

- UR là §K§B§ cña c¸c phÐp ®o trªn c©n (lo¹i A)

UR= sc©n / Ö2

- URS : §K§B§ cña gi¸ trÞ ®é chia cña c©n (lo¹i B)

URS = d / Ö6

- UM : §K§B§ cña qu¶ c©n chuÈn

UM = Uqcc / k ;   k lµ hÖ sè phñ.

- UNBC : §K§B§ do kh«ng tÝnh ®Õn søc ®Èy kh«ng khÝ:

UNBC =  | VR- VQ | Max  . DaMax  /  Ö3

ĐẦU TRANG
logo