擺動周期法中天平橫梁擺動角度的測量研究.pdf

1、建立基于基本物理常數(shù)來定義新的SI體系的過程中，實現(xiàn)質(zhì)量量子基準是最為重要的，也是最困難的，是當下國際計量領域關注的熱點與難點之一。國際單位制的7個基本的SI單位中，長度單位米、時間單位秒、電流單位安培、溫度單位開爾文、物質(zhì)的量單位摩爾、發(fā)光強度單位坎德拉均已實現(xiàn)了量子化，質(zhì)量單位千克是唯一一個仍采用實物基準的基本單位。實物基準的準確性無法滿足科研、生產(chǎn)的需求，加之，量子物理學的迅速發(fā)展，實現(xiàn)質(zhì)量基準的量子化已成為必然的發(fā)展趨勢。當前國

2、內(nèi)外定義質(zhì)量單位的相關研究主要是對基本物理常數(shù)的測量，最關鍵的基本物理常數(shù)就是普朗克常數(shù)。國際計量委員會要求，質(zhì)量量子基準的實現(xiàn)至少要有三種獨立的方案來測量普朗克常數(shù)。
　　本研究所提及的“擺動周期法”是一種測量慣性質(zhì)量的質(zhì)量量子基準新方案，由于其原理有別于功率天平方案、硅球方案，可作為第三種獨立的方案，精確的測量普朗克常數(shù)。擺動周期法測量普朗克常數(shù)方案已經(jīng)歷了原理性的探索階段，初步驗證了該研究方案實施的可行性。本文所采用的實驗裝

3、置是一架等臂的擺動天平，實現(xiàn)了加載的砝碼質(zhì)量與其質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量的解耦，可避免傳統(tǒng)的擺動法測量慣性質(zhì)量時，其質(zhì)心不易于測準的缺陷。對擺動天平系統(tǒng)的運動方程進行了推導，當天平橫梁處于擺動的過程中，通過解析的方法，對其運動狀態(tài)進行深入分析，得出擺動天平系統(tǒng)的微分方程。設計了一款適用于擺動天平系統(tǒng)的電容式角位移傳感器，是實現(xiàn)擺動天平橫梁擺動角度準確測量的必要環(huán)節(jié)，針對電容傳感器和天平橫梁的實際情況，設計相應的機械機構(gòu)，保證電容傳感器合理的放置，

4、并實現(xiàn)高低位置可調(diào)，以便確保電容傳感器屏蔽窗部分的圓心與擺動天平橫梁刀口的位置重合。針對電容傳感器的實際測量情況與需要，編制相應的Labview測量程序，實現(xiàn)電容傳感器容值的時時測量和數(shù)據(jù)的時時記錄。結(jié)合擺動天平系統(tǒng)實際情況，設計相關實驗，搭建了測量系統(tǒng)，實測結(jié)果表明：電容式角位移傳感器的線性度為2.59×10-6，靈敏度為1.1×10-6 pf/mg，測量點的遲滯差值均在-7量級，60分鐘電容輸出的穩(wěn)定性為4.33×10-6。設計的用