NIST正致力于一个小包中的大项目。
在美国，当你想称任何东西的重量时，无论是装满货物的卡车还是从杂货店买的一袋土豆，你都必须使用经过校准的秤。截至2019年5月20日，校准依赖于马里兰州国家标准与技术研究所(NIST)实验室地下室的一台专业机器进行的测量。
这台机器被称为NIST-4 Kibble天平，大小相当于步入式衣橱，科学家们用它来测量大约1公斤的质量，误差在百万分之三。
需要精确质量测量的研究人员和制造商必须定期将他们的物理对象(称为工件质量标准)发送到NIST，以根据基布尔天平进行校准。但有些人设想了一个世界，在那里，对于不需要极高精度的测量，我们不再需要将工件发送到中央基布尔天平。相反，如果Kibble平衡可以更小更简单——功能更弱，但足够用于日常用途呢?
为了实现这一目标，NIST一直致力于开发一种小型、坚固的台式Kibble天平，供更多人使用。
“‘Kibble balance起义’将计量权威从NIST转移到人民手中，”NIST的Leon Chao开玩笑地说。“我们的宏伟愿景是让每个大规模实验室都配备2到3个基布尔天平，每个天平覆盖1毫克到1公斤范围内的一个子集。这意味着这些实验室将不再需要每一两年将他们的质量标准邮寄给NIST进行校准。他们可以直接在现场实现质量。”
美国陆军的拉塞尔·考夫曼(Russell Kauffman)说:“我们对这个项目感到兴奋，想看看它是否真的可行。”“这只是一小步，还需要几年的时间，但我们正在努力实现现代化，用更少的设备做更多的事情。”
已经有了第一代桌面Kibble天平，Chao称之为KIBB-g1。但他说，还有很多地方需要改进。目前正在为陆军开发的第二代台式狗粮天平KIBB-g2看起来将非常不同。
一般来说，包括NIST-4在内的全尺寸基布尔天平具有相同的基本结构。他们间接地比较机械功率和等量的电力。更具体地说，他们通过向上的电磁力抵消重力对质量的向下拉力来测量。
NIST-4设计实际上是一个滑轮系统。顶部的一个大轮子连接着两边，两边的连接靠在刀口上。一边是被测试的物体，还有一个小马达，它能以恒定的速度驱动机器上下移动。另一边是悬挂在一对强力磁铁之间的线圈。
一次测量由两种模式组成。在“速度模式”下，线圈的电源被关闭，电机通过永磁体对产生的磁场驱动线圈上下运动。这使得研究人员能够测量磁场的强度。在“称重模式”下，研究人员通过电流将线圈变成电磁铁。当线圈的磁场与永磁体相互作用时，就产生了一个向上的力。这个力与电流成正比，可以测量。需要多大的力取决于被称量物体的质量。
激光干涉测量系统——利用光的波长高精度地确定距离——测量线圈的位置和运动。最后，在速度模式下测量感应电压，在称重模式下测量电流。
KIBB-g1跟随它的姐姐NIST-4的脚步，也利用滑轮轮来保持运动的线性，但这一次它连接到一个空气轴承，使用一层空气来分离运动部件。像NIST-4一样，KIBB-g1也依赖激光干涉测量线圈的运动。然而，对于KIBB-g2，研究人员抛弃了车轮和空气轴承——kibb -g1中最大的不确定性来源——而是使用弯曲来实现线性运动，这种弯曲以可预测的方式弯曲，只允许一维运动。线圈的运动也由一个光学编码器来测量，这是一种检测光并将其转换为电信号的机器，而不是由干涉仪来测量。
陆军要求该机器工作精度约为百万分之20，符合ASTM E617 3级规格。KIBB-g1已经超越了这一点，能够实现1到10克质量，精度低于10ppm。但赵说，这台机器并不像商业用途所需要的那样坚固和友好。
他们还计划提高速度。测量第一个原型的周转时间大约是几个小时。但最终目标是即时读取分析平衡，测量科学家在几秒钟内就能得到结果。
最后，新原型将在耐寒性方面得到必要的提升。
赵说:“我们希望KIBB-g2像微波炉一样，你可以拔掉插头，拿起来，移动到另一个地方，再插上，它仍然可以工作。”“对于KIBB-g1，如果你移动它，就需要花费相当大的努力来重新调整。”
由于KIBB-g1的精度超过了陆军的需求，因此有空间精简KIBB-g2的部分部件，以降低成本和易用性，在需要时实现最高水平的精度。
考夫曼说:“这并不是说我们想要最好的。“这会推高成本。相反，我们正在寻找与现在相同的不确定性，但我们想要最大限度地减少现场人员的沮丧。他们需要一些可以坐下来，设置，使用，然后可能离开的东西。它完成了它需要做的事情，然后当他们回来的时候，它已经完成了，他们已经得到了测量。”
即使最终在实验室中广泛使用商用台式Kibble天平，NIST-4仍将占有一席之地。
“现在，NIST-4还没有失去它的声望，因为它是美国唯一的1公斤级的主要仪器，”Chao说。“一旦工业找到了‘大规模生产’的方法，那么，总有一天，NIST-4可以作为传播千克的工具而退休。”这就是我们想要的。
“我们正试图让自己破产。”由国家标准与技术研究所提供
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引用:设计一种有可能在某一天发生革命性变化的桌面仪器 nize质量测量(2023,3月29日)检索2023年3月30日从https://techxplore.com/news/2023-03-tabletop-instrument-revolutionize-mass.html此文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 Ntent仅供参考之用。
