叠加式力标准机不确定度理论评估结果

一、前言

叠加式力标准机（build-up force standardmachine-BM）是指用一个（组）比被检定、校准的测力仪准确度高的标准测力仪作为参考标准，与被检测力仪（或称重传感器）串联，以液压或机械方式施加力值的力标准机。进而，把参考标准为一个标准测力仪的叠加机称作比较式力标准机（force comparator-FC）[1]。影响叠加机（图1[2]）力值不确定度的主要因素有参考标准，用于测量参考力值的叠加系统（图2[3]）及力值施加机构。本文讨论叠加机力值不确定度的理论值的影响因素及其评估结果。

二、叠加式力标准机不确定度理论值

当用直接法[4]评估叠加式力标准机，其力值不确定度极限值取决于传感器的计量学指标及其环境条件（主要为温度）。

以下理论计算是采用德国HBM公司生产的型号为C3H2传感器的技术指标作为传感器的计量学指标，传感器校准时温度与使用时温度差t=5℃为环境变化条件，评估传感器和作为参考传感器时的力值相对合成不确定度和相对扩展不确定度。传感器计量学指标见表1，表中符号表示如下：

（一）LC Class：参考传感器的准确度等级。

（二）R：校准传感器时在00三遍数据得到的重复性（极差）。

（三）Rot：校准传感器时分别在00,900,1800,2700四遍数据得到的复现性（旋转效应）。

（四）Res：校准传感器时所用测量仪表显示的峰-峰差值（“分辨力”）： 对 DMP40或DK38 等取±2字，则DMP40或DMP39取0.0004% mv/v，DK38或相同准确度等级取0.004% mv/v。

（五）Zr：校准传感器时回零差，分别取0.001%mv/v或0.005% mv/v。

（六） 校准传感器时所用力标准机的力值扩展不确定度（k=3, 置信概率约为99%），对静重机取0.002%， 杠杆机取0.01%和液压机取0.03%。

（七）Sb：参考传感器长期稳定度。

（八）St：参考传感器温度影响。

（九）Ip：参考传感器拟合误差。

（十） 分别为传感器和作为参考传感器时，在30%FS 负荷点的相对合成不确定度和相对扩展不确定度。

（十一）FC/BM Class：给出叠加式力标准机理论上能达到的准确度等级，最佳0.02%，最差0.2%。

注：传感器的额定输出取2.0mv/v, 其30%FS点输出取0.6mv/v。

根据传感器的计量学指标及其校准后的输出合成不确定度与扩展不确定度评估结果[5]，由（1）式算出被校准传感器在（30～100）%FS负荷范围内的输出相对合成不确定度，同时给出输出相对扩展不确定度，具体结果见表1。