本文關(guān)鍵詞：擺動周期法中天平橫梁擺動角度的測量研究

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【摘要】：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(lǐng)域關(guān)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(xué)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。當前國內(nèi)外定義質(zhì)量單位的相關(guān)研究主要是對基本物理常數(shù)的測量,最關(guān)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)。當今世界,主流的質(zhì)量量子基準研究方法只有兩種,分別是功率天平方案、硅球方案,且二者均對引力質(zhì)量進行測量,本文所提及的“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(dǎo),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(shè)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(shè)計相應(yīng)的機械機構(gòu),保證電容傳感器合理的放置,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(yīng)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(shè)計相關(guān)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(shè)計的用于擺動天平系統(tǒng)的便攜式直流電壓參考,2.5小時輸出10V電壓的穩(wěn)定性(相對標準差)可小于2×10-7,滿足高穩(wěn)定度穩(wěn)流源對參考電壓的要求。
【關(guān)鍵詞】：擺動周期法 天平橫梁 質(zhì)量單位 電容傳感器 直流電壓參考
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH715.11;TH712
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 課題研究的背景及意義11-17
• 1.2 質(zhì)量量子基準的研究現(xiàn)狀17-25
• 1.2.1 質(zhì)量量子基準研究方法概述17-18
• 1.2.2 電天平方案的原理及其研究進展18-23
• 1.2.3 硅球方案的原理及其研究進展23-25
• 1.2.4 電天平方案與硅球方案的最新測量結(jié)果25
• 1.3 課題主要的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點25-27
• 1.3.1 主要的研究內(nèi)容25
• 1.3.2 創(chuàng)新點25-27
• 第2章 擺動天平的基本原理27-34
• 2.1 擺動天平基本原理27
• 2.2 擺動天平橫梁的運動方程27-30
• 2.2.1 擺動天平自由擺動情況28-29
• 2.2.2 擺動天平在外加作用力下擺動29-30
• 2.3 擺動天平的擺動周期30-31
• 2.4 選用的電磁天平基本參數(shù)31-33
• 2.4.1 基本技術(shù)參數(shù)31-32
• 2.4.2 電磁天平的基本性能32-33
• 2.5 電磁天平的應(yīng)用33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第3章 電容式角位移位移傳感器設(shè)計與分析34-51
• 3.1 位移傳感器簡介34-39
• 3.2 擺動天平系統(tǒng)中電容式角位移傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計39-43
• 3.2.1 電容傳感器的設(shè)計思想39-43
• 3.2.2 傳感器的基本工作原理43
• 3.2.3 擺動天平系統(tǒng)電容式角位移傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)43
• 3.3 測試系統(tǒng)搭建43-46
• 3.4 電容式角位移傳感器性能分析46-50
• 3.4.1 電容傳感器的線性度46-48
• 3.4.2 電容傳感器的靈敏度48
• 3.4.3 電容傳感器的遲滯48-49
• 3.4.4 電容傳感器的穩(wěn)定性49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 用于擺動天平系統(tǒng)的高精度直流電壓參考設(shè)計51-62
• 4.1 直流電壓參考概述51-52
• 4.2 電壓基準電路設(shè)計52-53
• 4.2.1 恒壓基準電路的設(shè)計52-53
• 4.2.2 精密電阻升壓網(wǎng)絡(luò)與降壓網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計53
• 4.3 溫度控制電路設(shè)計53-55
• 4.4 測試系統(tǒng)搭建與實驗55-61
• 4.4.1 溫度控制電路的系統(tǒng)測試55-56
• 4.4.2 測試結(jié)果56-57
• 4.4.3 便攜式直流電壓參考整機測試57-59
• 4.4.4 整機測試結(jié)果59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 課題總結(jié)62
• 5.2 課題展望62-64
• 參考文獻64-71
• 致謝71-73
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果73

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1 劉鑫;擺動周期法中天平橫梁擺動角度的測量研究[D];河北大學(xué);2016年

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本文編號：611276