标准测力仪测量不确定度的评定方法

　　0　引言

　　标准测力仪是标准力值传递或溯源的重要计量器具,主要用于检定或校准各种测力设备,如力标准机、校准机及试验机等。根据《JJG 144-2007规程》规定: 0·01级、0·03级和0·05级的标准测力仪主要检定重复性R、长期稳定性Sb或示值误差δ(适用于力值指示)、回零差Zr、分辨力r、方位误差Ep、进回程差υ和内差误差Ip等技术指标;而对于0·1级、0·3级和0·5级的标准测力仪,在上述检定项目中只有方位误差Ep无需检定。

　　1　标准测力仪测量不确定度的评定

　　当标准测力仪在力标准机上进行校准时,测量的重复性、方位误差、力标准机的不确定度、实验环境温度的波动、标准测力仪温度修正、指示仪表的分辨率等因素都会影响测量结果。各不确定度分量见表1。

　　表1各计算公式中,R为测量的重复性;n为测量次数:在计算重复性时取测量次数3;n′为旋转角度个数:在计算方位误差时取3或4;Cn为不同测量次数时,对应的极差系数。(测量次数n=2,极差系数C=1·13;测量次数n=3,极差系数C=1·64;测量次数n=4,极差系数C=2·06)EP为测量的方位误差;IP为内插误差;υ为进回程差;Zr为回零差;δ为示值误差;U7为力标准机的扩展不确定度; k为包含因子,k=2;St为标准测力仪的温度系数;Δt为试验过程中环境温度变化量; a为标准测力仪温度系数修约间隔半宽;ΔT为校准时温度与标准测力仪定度时温度的差值;δx为显示仪表的分辨率。

　　0·1级以上的标准测力仪测量结果的标准不确定度uc按以下公式计算:

　　针对测量点,则

　　0·1级以下的标准测力仪测量结果的标准不确定度uc按以下公式计算

　　针对测量点,则

　　2　关于方位误差指标的一些个人看法

　　0·01~0·05级标准测力仪由于主要用于力标准机的检定或校准。在用标准测力仪进行力标准机检定或校准时,一般采用标准测力仪四个方位的平均值作为标准值,以消除方位误差引入的不确定度。

　　采用A-B-A方法进行力值比对,以减小标准测力仪不稳定度的影响。在《规程》中规定了对方位误差指标的考核。0·1~0·5级标准测力仪由于主要用于材料试验机等各类工作用计量器具的检定或校准,使用时通常采用随机的安装方式且直接以标准测力仪的示值作为标准值使用,而标准测力仪的方位误差可能会对测量结果引入较大的误差。因此个人认为,标准测力仪的方位误差指标是十分重要的。如果条件允许,应对标准测力仪的方位误差进行考核。考虑到检定工作量和检定费用,可在标准测力仪的后续检定中根据方位误差指标选择是否需要转角实验。