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采用超聲波清洗天平砝碼的技術(shù)案例及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用說明 介紹：
摘要
為了推廣超聲波清洗機(jī)在天平砝碼清潔和檢定中的應(yīng)用，首先，簡述傳統(tǒng)的利用無水乙醇的手工清洗方法及其缺陷;其次，分析超聲波清洗技術(shù)的原理及性能;最后，設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，超聲波清洗技術(shù)具有高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代計(jì)量的砝碼清潔中具有廣闊的應(yīng)用前景。
1引言
砝碼是具有給定質(zhì)量和規(guī)定形狀的實(shí)物量具，用以定義、實(shí)現(xiàn)、保持和復(fù)現(xiàn)量值或測量器具的測量結(jié)果。在現(xiàn)代計(jì)量中，以保存在法國國際計(jì)量局的鉑銥合金千克原器實(shí)物為唯一質(zhì)量量值基準(zhǔn)器，砝碼是相應(yīng)的質(zhì)量量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)量具，其質(zhì)量的合格與否關(guān)系到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、醫(yī)藥衛(wèi)生以及人們的日常生活等方方面面。
為了保證被測對象的量值準(zhǔn)確和一致性，要嚴(yán)格按照砝碼檢定系統(tǒng)表，完成對砝碼的量值傳遞。當(dāng)砝碼長期使用時，周圍的環(huán)境會對其質(zhì)量造成一定的影響，如受損、腐蝕或者粘附一些雜物等因素使其質(zhì)量發(fā)生變化。按照JJG99－2006砝碼檢定規(guī)程［1］，在一定的時間周期內(nèi)需要對砝碼進(jìn)行清洗和檢定，以保證砝碼質(zhì)量量值傳遞的準(zhǔn)確可靠;另外，在做任何檢定、測量之前，必須對砝碼進(jìn)行清潔。可見，清洗是保證砝碼準(zhǔn)確可靠的一個極為重要的環(huán)節(jié)，而且若清洗不到位也可能會影響質(zhì)量檢定，如在檢定砝碼質(zhì)量值時可能會污染到比較儀，進(jìn)而造成誤差。
因此，高效、高潔凈的清洗技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)量中保持砝碼質(zhì)量合格的必然要求。本文在簡述實(shí)驗(yàn)室使用的無水乙醇清洗技術(shù)及最新引進(jìn)的超聲波清洗技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析兩種技術(shù)的性能。結(jié)果表明，超聲波清洗技術(shù)在效果、效率及安全性等方面具有明顯的優(yōu)勢，它在將來的砝碼清洗工作中必然發(fā)揮出越來越重要的作用。
2無水乙醇清洗方法
在任何檢定、測量之前，都必須對砝碼進(jìn)行清潔，在清潔過程中需注意如下幾個方面:
(1)為了保證清潔的高質(zhì)量和高可靠性，一方面，在抓取和存放砝碼時必須保持其清潔，另一方面，在清潔過程中不能去除任何一塊砝碼材料，而且不得改變砝碼的表面特性(如劃傷砝碼)。
(2)清洗時，對于F1等級及以上天平砝碼，當(dāng)沒有調(diào)整腔時，應(yīng)將砝碼浸入清洗液(如無水酒精或蒸餾水)中，用毛刷輕輕擦試表面，除去表面的污垢和灰塵;清洗干凈后，用無塵毛巾擦試砝碼表面，避免清洗液殘留造成砝碼表面的水漬斑，影響砝碼的折算質(zhì)量值。對于帶有調(diào)整腔的砝碼，不得將其浸入清洗液中，以免液體浸入腔體，進(jìn)而影響測量結(jié)果。對于帶有調(diào)整腔的砝碼以及F2等級以下砝碼，只需要用沾有清洗液的紗布和毛刷擦試砝碼表面，以去除污垢和灰塵。
(3)清潔后，要保持檢定室內(nèi)的溫度恒定，且砝碼等級越高，清潔穩(wěn)定時間越長。根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程規(guī)JJG99－2006規(guī)定。目前，國內(nèi)大部分質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室采用的是無水乙醇的清洗方式，如圖1所示。圖中左下方絲綢上放的是待洗砝碼，右下方是清洗后的砝碼，盆中放的是無水乙醇和正在清洗的砝碼。當(dāng)待檢定的砝碼在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時，首要的工作就是砝碼清潔和溫度穩(wěn)定。對于不帶調(diào)整腔的砝碼，先浸入到無水乙醇中，用細(xì)毛刷清潔砝碼表面，清潔后用絲綢擦試砝碼表面，然后放在干的絲綢上。需要注意的是，在整個過程中不能用手直接接觸砝碼表面，而是用鑷子夾取砝碼，而且要帶一次性手帕。用無水乙醇清潔砝碼存在一定的弊端。比如，乙醇有刺激性和麻醉神經(jīng)作用，當(dāng)吸入量較大的時候，對檢定操作人員可能會造成傷害;另外，由于檢定砝碼對環(huán)境的特殊要求是恒溫恒濕，所在的實(shí)驗(yàn)室在地下室，空氣流通量相對較小，因此，長時間接觸無水乙醇對身體也可能會造成傷害。
3超聲波清洗技術(shù)
為了克服無水乙醇清洗砝碼時可能會傷害操作人員等方面的弊端，上海計(jì)量測試技術(shù)研究院質(zhì)量實(shí)驗(yàn)室嘗試使用超聲波清洗技術(shù)。自從1951年日本制造出第一臺超聲清洗機(jī)以來［2］，憑其高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，超聲波清洗技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用涉及到機(jī)械、表面處理、儀器儀表、電子、醫(yī)療、半導(dǎo)體、鐘表首飾、生物化學(xué)、光學(xué)、石油化工等行業(yè)。
3．1超聲波清洗機(jī)原理
如圖2所示，超聲波清洗設(shè)備主要包括超聲波發(fā)生器、超聲波換能器和清洗槽等組成部分［3，4］。超聲波發(fā)生器起到電源的作用，通過產(chǎn)生電磁振蕩信號而提供能量。換能器即振板，是超聲波清洗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它把超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的電磁振動轉(zhuǎn)換成換能器本身的超聲振動，并傳輸?shù)角逑床壑挟a(chǎn)生空化作用，通常置于清洗槽的底部;清洗槽通常由不銹鋼材料制成，用來容納清洗液以及待清洗的工件。超聲波清洗主要是利用超聲波在液體中的空化作用將物體表面的污物層剝離，從而達(dá)到清洗的目的。當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號，通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到清洗液中，在清洗液中形成直線輻射傳輸?shù)某暡ㄊ?，疏密相間地向前輻射。在傳播的過程中，會產(chǎn)生無數(shù)微小的氣泡并產(chǎn)生負(fù)壓，這些小的氣泡會在負(fù)壓區(qū)因負(fù)壓的產(chǎn)生而迅速長大，又會在正壓區(qū)因正壓的突然產(chǎn)生而急速破裂，這種現(xiàn)象即為超聲空化作用。空化作用可以把聲場中能量集中起來，在空化泡崩潰的瞬間，液體在極小空間內(nèi)將其高度集中的能量釋放出來，產(chǎn)生幾十乃至上千個大氣壓力，不斷沖擊物體表面。這種空化作用，即使對凹坑或縫隙中的污物而言，也可快速、有效的將其清除，而且整個過程只需在幾十秒或幾分鐘內(nèi)即可完成［5］。
3．2超聲波清洗機(jī)優(yōu)點(diǎn)
根據(jù)以上超聲波清洗機(jī)的原理，不難看出它至少有以下優(yōu)點(diǎn)［4，6］:(1)清洗效果好。超聲波清洗被國際公認(rèn)為是當(dāng)前效果最好的清洗方式。用超聲波清洗砝碼，由于產(chǎn)生的氣泡是非常均勻的，就像無數(shù)個小刷子同時清洗砝碼表面，只要砝碼浸在液體中，氣泡就會到達(dá)砝碼任何一個地方，因此，即便是深孔、細(xì)縫部位，也可以取得很干凈的清洗效果［6］。(2)清洗效率高?；跓o水乙醇的傳統(tǒng)的手洗方4實(shí)驗(yàn)分析為了驗(yàn)證超聲波清洗砝碼的良好效果，實(shí)驗(yàn)室將超聲波清洗過的砝碼與手工無水乙醇清洗過的砝碼，做了質(zhì)量測定和比較。
4．1實(shí)驗(yàn)過程
整個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想如下:實(shí)驗(yàn)一，將2kg，200g，2*kg，200*g砝碼用無水乙醇清洗以后放在實(shí)驗(yàn)室中預(yù)置的位置，30天后測其質(zhì)量修正值;2kg，200g砝碼用超聲波清洗機(jī)清洗，2*kg，200*g用手工無水乙醇清洗，恒溫后測其質(zhì)量修正值。實(shí)驗(yàn)二，實(shí)驗(yàn)一結(jié)束后將2kg，200g，2*kg，200*g砝碼放置在原來的位置，30天后將2kg、200g用超聲波清洗機(jī)清洗，恒溫后測其質(zhì)量修正值。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度:20．03℃，相對濕度:47．6%。用到的E1等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼:2kg砝碼:編號是494，質(zhì)量允差是－0．140mg2*kg砝碼:編號是495，質(zhì)量允差是－0．110mg200g砝碼:編號是198，質(zhì)量允差是0．007mg用到的比較儀:AT1006，AX64004用到的超聲波清洗機(jī):普利賽斯國際貿(mào)易(上海)有限公司生產(chǎn)，型號為DC900H。
實(shí)驗(yàn)中超聲波清洗天平砝碼的流程:首先，為了與手工無水乙醇清洗的砝碼的質(zhì)量相對比，將待清洗的砝碼放入燒杯中，并在燒杯中注入無水乙醇，直到浸沒待清洗的砝碼，然后將燒杯放入吊籃中。啟動超聲波清洗機(jī)系統(tǒng)，將吊籃放入清洗槽中。打開給水泵，注入凈水。當(dāng)水位浸沒無水乙醇的水位時，停止給水。啟動加熱系統(tǒng)，至設(shè)定的溫度。啟動超聲波發(fā)生器，設(shè)定預(yù)定時間為5min。結(jié)束后，打開污水泵，將水放出，然后將燒杯中的無水乙醇倒回原瓶中，啟動烘干系統(tǒng)，當(dāng)砝碼烘干后，將砝碼取出，放在絲綢上，并放入待測其質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行恒溫。
4．2實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比
實(shí)驗(yàn)清洗前后的數(shù)據(jù)如表2和表3所示。表4是實(shí)驗(yàn)二中用超聲波清洗機(jī)清洗砝碼前后的質(zhì)量修正值的對比表。從這些表可以看出:通過表2和表3的砝碼的變化值的比較，得出用超聲波清洗后的砝碼的變化值更大。表4中兩個砝碼的修正值變化值很小，得出砝碼在用超聲波清洗中沒有受到損傷。砝碼清洗前后的效果圖如圖4和圖5所示。從圖4可以看出:用超聲波清洗后，砝碼的表面沒有劃傷，而且表面很清潔。從圖5可以看出:用兩種方法都可以達(dá)到清潔砝碼的目的，而且用超聲波清洗后的砝碼表面目測時更清潔。
5結(jié)束語
通過對超聲波清洗機(jī)的理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可以得到如下結(jié)論:(1)通過實(shí)驗(yàn)一，比較表2和表3，證實(shí)用超聲波清洗機(jī)清洗的砝碼比用無水乙醇清洗的砝碼的質(zhì)量變化值更大，清洗效果更明顯。(2)通過實(shí)驗(yàn)二，比較表2和表4，證實(shí)采用超聲波清洗砝碼不會對砝碼表面造成傷害，而且同樣能夠保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。(3)超聲波清洗的清洗作用主要由超聲空化來實(shí)現(xiàn)，便于自動化，可以有效地降低操作的勞動強(qiáng)度，縮短操作時間，避免環(huán)境污染，可以實(shí)現(xiàn)清洗自動化而且提高了工作效率。
上述是采用超聲波清洗天平砝碼的技術(shù)案例及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用說明的詳細(xì)內(nèi)容！
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