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M1等级砝码的检定、校准、以及测量不确定度评定：

• 概述

F2等级1t标准砝码装置的建立及F2等级千克组标准砝码装置简介:1.测量范围:1000kg。2.计量标准器:50个F2等级20kg标准砝码,每个砝码的扩展不确定度U=0.1g(包含因子k=2)。3.主要配套设备:大质量比较仪,实际分度值d=10g,*大允许误差为10g。4.典型的被检定和校准对象:M1等级1000kg砝码,*大可接受的扩展不确定度U=15g(包含因子k=2)。

• 测量方法

依据JJG99-2006《砝码》检定规程。选择检定M1等级1000kg砝码中的质量测量作为建立F2等级1t标准砝码装置时测量不确定度的评定对象,即评定各被测砝码折算质量的测量不确定度。被测量砝码的折算质量用mA表示。测量方法为直接比较法,即在大质量比较仪上分别用闭环法(ABA法)直接比较被测砝码与50个F2等级20kg标准,获得相应的质量差,并且两位检定员各测1次,取平均值,经计算得到被测砝码的折算质量。

• 数学模型

mA=mB+Δm=mB+(VA+VB)(ρK+ρ1.2)+ΔI·f式中:mA——被测的M1级砝码;mB——50个F2等级砝码的组合;VA——被测砝码的体积;VB——标准砝码的体积;ρK——检定时实验室的空气密度;ρ1.2——参考空气密度为1.2mg/cm3;ΔI——被测砝码和参考砝码对应的大质量比较仪示值差的平均值;f——比较仪的标尺因子。

四、不确定度来源及分量的评定

根据数学模型可知测量结果有4个不确定度来源,即测量重复性、参考砝码、空气浮力、大质量比较仪。4个不确定度来源引入的标准不确定度如下:1.测量重复性引入的标准不确定度uw(mA)也称为衡量过程的标准不确定度。若进行多次测量,Δm的结果并不*定相同,导致被测砝码质量的测量重复性会引入*定的不确定度分量,Δm测量的标准差是两次测量的平均值的标准差。开环法(AB法)单次测量的标准差可根据大质量比较仪的*大允许误差来估计,即为*大允许误差δ的1/3。2.参考砝码引入的标准不确定度uBef(mA)对应于参考砝码质量mB的不确定度分量,计算公式为uBef(mA)=u(mA)=u02(mA)+uins2"(mB)式中:u0(mA)——参考砝码上次校准或检定时的标准不确定度;uins(mA)——参考砝码质量不稳定性引入的标准不确定度,取相应砝码质量*大允许误差δ(mB)的13"3。查得其质量*大允许误差δ(mB)=50×0.3g=15g,故uBef(mA)=〔δ(mB)6〕2+〔δ(mB)3"3〕2"=3.82g3.空气浮力引入的标准不确定度ub(mA)表示空气浮力修正项(ρK+ρ1.2)(VA+pVB)的不确定度分量。M1等级砝码的检定中,相应的空气密度修正量相对于*大允许不确定度而言*般非常小。因此,*般并不进行空气浮力修正。这时,通过估计空气浮力修正值的大小来评定该不确定度分量。

*先,空气密度*般控制在(ρK±0.12)mg/cm3;其次,F2等级千克组砝码的材料是不锈钢,材料密度为(790±140)kg/m3。从而,可计算出*大的空气浮力修正量。因此,空气浮力的标准不确定度ub(mA)可取为ub(mA)=1"3|(ρK+ρ1.2)(VA+VB)|max=1"3×0.12×(10007810-10008090)=0.31g4.大质量比较仪的标准不确定度uba(mA)对应于ΔI·f*项的不确定度分量,忽略偏载误差的影响。只考虑灵敏度(或标尺因子f)、分辨力带来的不确定度分量,其分别表示为us(mA)、ud(mA)。

五、合成标准不确定

由于各不确定度分量互相关联,故合成标准不确定度可用下式计算:u(mA)=uw2(mA)+uBef2(mA)+ud2(mA)+uba2"(mA)=(103)2+3.822+0.312+3.312"=6.06g

• 扩展不确定度

取包含因子k=2,则扩展不确定度为U(mA)=ku(mA)=12g

• 不确定度报告

由上可得:1tM1等级砝码质量测量的扩展不确定度U=12g,包含因子k=2。