M1等级大质量砝码的检定/校准测量不确定度的评定

　　一、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,最大允许误差为10g。

　　4.典型的被检定和校准对象:M1等级1000kg砝码, 最大可接受的扩展不确定度U=15g(包含因子k=2)。

　　二、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。

　　三、数学模型

　　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 的结果并不一定相同, 导致被测砝码质量的测量重复性会引入一定的不确定度分量, 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最大允许误差来估计, 即为最大允许误差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

　　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, 取相应砝码质量最大允许误差δ(mB) 的查得其质量最大允许误差δ(mB)=50×0.3g=15g, 故

　　3.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最大允许不确定度而言一般非常小。因此, 一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。首先, 空气密度一般控制在 (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, 可计算出最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