付泽建
摘 要:国家千克基准与国家作证基准、国家千克副基准、千克工作基准、标准砝码组成质量量值传递系统。工作基准组及標准砝码通常分为千克组(1~20kg)、克组(1~50g)和毫克组(1~500mg),根据需要还可以有微克组或其他种砝码组合(如在台秤上采用的增砣组)。F2等级砝码用于检定传递M1等级、M2等级及其以下的砝码,用于检定相应的衡量仪器和相应的衡量仪器配套使用。
关键词:砝码 测量 不确定度
1、概述
1.1 测量方法依据:JJG99-2006《砝码》检定规程。
1.2 环境条件:温度: 22.7℃,相对湿度43%。
1.3 测量对象: F2 等级砝码。
测量标准: F1 等级砝码
机械天平:分度值0.1mg,最大秤量200g。
1.4测量方法:
实施测量前, 用标准砝码标定标准天平的分度值。采用单次替代称量 ABA 循环的方法, 将被测砝码用天平一对一与相同标称值的标准砝码直接比较, 得到被测砝码与标准砝码之间的差值d。则标准砝码的折算质量ms 加上被测砝码与标准砝码之间的差值d为被测砝码的折算质量m 。每次重复2次测量, 取2次测量的算术平均值作为被测砝码的测量结果。
2评定模型
依据测量方法和检定规程, 建立如下数学模型:
m=ms+d;
式中m 为被测砝码的折算质量;ms为标准砝码的折算质量;d为被测砝码与标准砝码之差
3 方差和传播系数
3.1 方差
3.2 灵敏系数
4 不确定度来源分析
F1 等级标准砝码质量 ms 的不确定度来源, 主要包括: 标准砝码引入的不确定度u1( ms ) 和标准砝码质量的不稳定性引入的不确定度u2( ms ) 。
被测砝码与标准砝码之间的质量差 d 引入的测量不确定度, 主要包括:
(1) 天平测量重复性引入的标准不确定度u1(d)。
(2) 由天平灵敏度引起的标准不确定度u2(d)。
(3) 由天平的显示分辨力引起的标准不确定度u3(d)
因天平分度在测量进行时实时标定,所以由空气浮力影响误差、偏载误差和磁效应的影响引入的不确定度可以忽略不计。
5输入量的标准不确定度评定
5.1 F1 等级标准砝码质量 ms引入的标准不确定度u ( ms ) 评定, 采用 B 类方法评定
由规程得, 100g F1 等级标准砝码的最大允差MPE=0.5mg,则扩展不确定度为 U= 0 17mg( k= 2) , 则:100g F1 等级标准砝码引起的标准不确定度
u1 (ms )=U/2=0.09mg
由近三年检定证书得100g F1等标准砝码稳定性变化量为0.05mg,符合均匀分布,包含因子 ,则100g F1等级标准砝码质量的不稳定性引起的标准不确定度 u2 (ms )= =0.029mg。
F1等标准砝码质量ms引入的标准不确定度u(ms)由u1 (ms )和u2 (ms )合成,两者互不相关,则100g F1等标准砝码ms引入的标准不确定度为
0.095mg
5.2 被测砝码与标准砝码之间的质量差d引入的标准不确定度u (d)评定
5.2.1天平测量重复性引入的标准不确定度度评定。
用标准砝码和机械天平在重复性条件下对被测100g F2等级砝码重复测量10次,得到以下测量列100.00018g、100.00022g、100.00023g、100.00015g、100.00016g、100.00017g、100.00014g、100.00015g、100.00017g、100.00016g,
测量平均值x=100.000173g
单次测量实验偏差:
因实际测量时, 测量结果由重复测量 2 次的平均值给出, 所以天平测量重复性引入的标准不确定度u1( d )= =0.021mg。
5.2.2 由天平灵敏度引起的标准不确定度u2(d)评定
标定TG328A机械天平分度值时采用灵敏度砝码为m1=10mg,由规程可知,F1 等级10mg标准砝码的扩展不确定度U=0.008mg,包含因子k=2,则
u (m1)=0.004mg、灵敏度砝码引起天平的变化量 IS=100分度,其误差为2.0分度,符合均匀分布,包含因子 ,则u (IS)= =1.15,则由天平灵敏度引起的不确定度u2(d)为:
5.2.3 由天平显示分辨力引起的标准不确定度u3(d)评定
TG328A机械天平分度值d=e=0.1mg,分辨力引起的误差为0.2d,符合均匀分布k= ,则由天平分辨力引起的不确定度
]=0.016mg。
标准不确定度u(d)由u1(d) 、u2(d) 、u3(d)组成,之间互不关联,则测量100g砝码时被测砝码与标准砝码之间的质量差d引入的标准不确定度
6合成标准不确定度的评定
7扩展不确定度的评定
取置信因子p=95%,包含因子k=2,则扩展不确定度:
U95(m)= k* uc(m)=0.196mg≈0.20mg
8测量不确定度的表示
F2等级克组砝码测量结果的扩展不确定度为
U95(m)=0.20mg,(k=2)endprint