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蔡司坐标测量机XENOS

发布日期：2021-03-26 14:10:01

 　　牛顿万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论描述了万有引力常数(表示为G)，它是物体之间万有引力的实验物理常数。蔡司三坐标与小写字母g的区别在于小写字母g是局部重力场(等于局部由重力引起的加速度)，尤其是地球表面上的重力加速度。

　　根据万有引力定律，两个物体(F)之间的吸引力与它们的质量(m1和m2)成正比，与它们之间的距离(r)的平方成反比：

　　

 

　　维基百科：万有引力常数G，在两个物体(m1、m2)之间的相互关系。

　　蔡司三坐标自牛顿三百多年前首次确定质量与重力之间的关系以来，科学家一直致力于理解重力的作用。然而，尽管重力常数G是人类公认的物理学的第一个基本常数，但它也是迄今为止最难测量的常数。同时，由于它在国内应用了最高水平的材料，机械，测量和控制技术，因此引起了各国科学家的关注。

　　■精密扭秤

　　G难以测量的部分原因是，蔡司三坐标与其他力相比，G太弱了。它的值非常小，大约为6.67×10-11 m3 kg-1s-2，相当于万亿兆兆兆的电磁力。一。

　　国际度量衡局(BIPM)在实验中使用精确的扭力平衡来测量G。此方法最早由英国科学家亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)于1798年进行测量和使用。蔡司三坐标该设备用于测量较小的质量物体。通常使用金属球或圆柱之间的重力。在实验中，需要测量诸如金属悬挂线或金属棒的挠度或力矩的参数。

　　

 

　　BIPM所使用的精密扭秤比卡文迪许原先使用的扭秤要复杂得多，其配置8个特殊合金圆柱体质量块，其中4个位于圆形转盘上，蔡司三坐标另外4个质量稍小的圆柱体位于转盘内的圆盘上，此圆盘通过一根2.5 mm宽、160 mm长、厚度相当于人类头发丝的铜铍金属丝悬挂于天平顶部。

　　在此过程中，质量应固定在转盘的外部，以使其与转盘内部的质量保持平衡，以达到平衡状态。当转盘外部的质量转向新的方向时，蔡司三坐标转盘内部的质量将感受到较弱的外力，这将导致内部质量沿外部质量的方向行进，从而导致金属吊线扭曲。的重力垂直于地球的重力，并且地球的重力不会影响实验中的测量值。

　　由于使金属悬挂线偏转一定角度所需的力的量是已知的。因此，基于金属悬挂线顶部的激光和镜子，科学家们可以测量内部质量块到固定外部质量块之间的物理距离，从而计算它们之间的重力。

　　自20世纪下半叶以来，与科学史上的其他时期相比，人类进行了更多的研究工作来测量引力常数。自1969年国际科学技术数据委员会(CODATA)成立以来，根据全球G测量组的最新实验结果，多次发布并调整了万有引力常数G的建议值。例如，蔡司三坐标国际度量衡局(BIPM)在过去15年中进行的一系列官方实验。尽管各个实验组相继给出了以相对较高的精度测量G的实验结果，但它们之间的一致性程度仍然很差。

　　

 

　　上图为大G测量的各项实验结果比对，蔡司三坐标其中垂直黑线表征G的最近推荐值，灰色区域表征误差区间

　　因此，如何进一步提高实验精度，蔡司三坐标发现未知的系统误差，寻找测量引力常数G的新方法是发展趋势。两年前，致力于测量大G的BIPM科学家和世界其他科学领导者齐聚一堂。 ，决定将使用相同的设备，不同的实验地点和不同的科研团队再次进行这些测试实验。

　　美国国家标准技术研究院(NIST)物理测量实验室(PML)的研究人员接受了这一挑战，蔡司三坐标并将升级后的设备重新用于BIPM实验。

　　■实时几何坐标测量

　　其中，测量大G的研究人员需要测量牛顿引力方程中的其他值，以获取其所有组件的精确尺寸和位置信息，包括每个孔的位置，蔡司三坐标每个表面的形状和每个组件。 NIST研究员Sterling表示：“所有这些都需要坐标测量机(CMM)的帮助。”

　　鉴于此实验的高要求，蔡司三坐标NIST推出了德国Zeiss超高精度坐标测量机XENOS(>单击以获取产品信息)，用于几何量的高精度坐标测量。精密有源三维探头可以测量被测物体上各点之间的空间距离，测量不确定度仅为几十至几百纳米。