砝码校准结果测量不确定度的评定方法

2022-09-11

正文概述在现代质量计量中, 砝码是质量量值传递的标准量具。通过砝码的量传, 将上一级质量量值传递到下一级, 最终到普通工作计量器具上, 以实现单位统一、量值准确可靠的目的。本文依据JJG99-2006《砝码检定规程》使用F1等级标准砝码和质量比较仪 (型号XP205) , 测量范围 (0~220) g, 来对F2等级砝码进行测量, 在测量过程中, 温度每4小时变化不大于3.5℃, 相对湿度不大于70%。

1. 测量方法

本文采砝码折算质量的测量采用ABA替代衡量法, 在质量比较仪实际分度值为d=0.1mg, 对砝码100g进行测量。1.1将标准砝码A放在质量比较仪, 待质量比较仪稳定后读取得到I1, 取下标准砝码A后, 待质量比较仪稳定后, 再放入被测砝码A, 稳定后, 再读取得至I2.取I1、I2算术平均值得到LA1。1.2取下标准砝码A, 稳定再放入被测砝码B, 待稳定后读取I1, 取下被测砝码B后, 待质量比较仪稳定后, 再放入砝码, 稳定后, 再读取得至I2, 取I1、I2均值到LB。1.3将标准砝码A放在质量比较仪, 待质量比较仪稳定后读取得到I1, 取下标准砝码A后, 待质量比较仪稳定后, 再放入被测砝码A, 稳定后, 再读取得至I2.取I1、I2算术平均值得到LA2。

2. 数学模型

式中:mB——被测砝码的折算质量, 单位:g;mA——标准砝码的折算质量, 单位:g;VB——被测砝码的体积, 单位:cm3;

VA——标准砝码的体积, 单位:cm3;ρk——实际空气密度, 单位:g/cm3;ρ1, 2——标准空气密度, 单位:g/cm3;d——质量比较仪的实际分度值, 单位:mg假设, 空气浮力引起的质量修正值为mp则式 (1) mB=mA+mp+d简化为 (2) 。

3. 砝码质量测量结果的不确定度评定

3.1 由测量重复性导致的标准不确定度分量u1 (mB) 的评定。

测量过程由测量重复性导致的标准不确定度可以通过连续测量得到测量数据, 采用A类方法进行评定。3.1.1用质量比较仪对100g砝码在重复性条件下连续测量10次, 得到测量数据如下:100.0002g、100.0002g、100.0002g、100.0002g、100.0001g、100.0002g、100.0002g、100.0002g、100.0002g、100.0002.3.2标准砝码引起的不确定度分量u2 (m B) 的评定。采用B类评定方法, 对由标准砝码引起的不确定度进行评定。3.2.1标准砝码的不准确度引起的不确定度分量u21 (m B) 根据规程, 标准砝码100g引入证书中的不确定度分量 (即该上等级砝码的扩展不确定度) 规程规定不大于标准砝码相应级别允差 (0.5mg) 的三分之一, 且k=2;即u21 (m B) =U/3k=0.5mg/6=0.084 mg。3.2.2标准砝码质量的不稳定性引起的不确定度u22 (m B) 根据规程规定, 砝码相邻两个周期检定结果之差不超过该砝码最大允许误差的三分之一, 以均匀分布来估计这个分量。F1等级标准砝码100g的最大允许误差绝对值0.5 mg.

3.3 检定过程质量比较仪鉴别力引起的不确定度分量u3 (mB) 砝码校准使用XP205测量, 采用B类方法进行评定, d=0.1mg。

3.4 空气浮力引入的标准不确定度u4 (mp) 的评定

通过空气浮力引入的误差来评定, 采用B类方法进行评定。空气浮力引起质量误差的修正:mp= (VB-VA) (pk-p0) 根据规程, 当空气浮力引入误差不超过被测砝码检定精度的1/4时, 可不进行空气浮力修正, 即实际计算时认为mp=0。该F1等级砝码材料密度为 (8.0g±0.07) g/cm3 (k=1) ;并且该砝码材料为JF1不锈钢材料, 并且符合国际建议形状。通过以上信息可知, 砝码的密度应在 (7.93~8.07) g/cm3的范围内;对应两个F1等级标准砝码允差为100g±0.5mg、500mg±0.08mg空气密度估计为 (1.20±0.024) mg/cm3。根据以上数据得出, 砝码空气浮力引入极限误差的估算值△mp小于的被测砝码最大允许误差的1/9, 根据规程规定可不进行空气浮力修正, 修正值为零。因此, mp=0。u4 (mp) 通过空气浮力引入的极限误差来评定, 以均匀分布来估计这个分量, k取。

3.5 测量复现性引入标准不确定度分量u5 (mp) :根据以往的测量数据进行估计:u5 (mp) =0.022mg;

4. 合成标准不确定度评定

4.1 灵敏系数

4.2 合成标准不确定度的计算

测量砝码的质量比较仪鉴别力引入的不确定度分量大于重复性引入的不确定度分量, 取其质量比较仪鉴别力引入的不确定度分量。

5. 扩展不确定度U的评定

(k=2) U=k·uc (mB) =2×0.137mg≈0.3mg

6. 测量结果不确定度的报告与表示砝码修正值及其扩展不确定度为:砝码的折算质量修正值mcc=+0.2mg, U=0.3mg (k=2)

摘要：本文通过ABA循环方式对砝码进行测量, 根据质量比较仪和砝码的计量特征, 分析砝码校准结果测量不确定度的来源、评定方法及测量结果表示。

关键词：砝码,不确定度,测量结果表示