力值计量不确定度评定

    0　序言

    自1993年国际标准化委员会(ISO)、国际计量局(BIPM)、国际法制计量组织(OIML)等七个与测试相关的国际组织发表了“测量不确定度表达导 则”(Guide to the Expression of Uncertaintyin Measurement)之后,各国计量部门结合本国情况,已经或正在对量大面广的不同量值的测量不确定度评估方法进行具体化。欧共体试验室认可委员会 (EAL)在力学方面正在进行有关力值、扭矩、硬度、质量、容量、密度等量值的计量不确定度评估研究工作。

    我国国家质量技术监督局和中国计量科学研究院亦采用上述ISO导则,编制了相应技术文件。

    目前的主要任务是,如何根据ISO不确定度导则,研究不同专业的量值不确定度评估方法。

    我们根据ISO导则的精神,结合力值计量专业的具体问题,对力基(标)准机、标准测力仪、负荷传感器、力校准机、拉压材料试验机等的力值测量不确定度评估方法进行了研究,以供相应计量工作者在评估上述范畴的测量不确定度时参考。

    测量的不确定度评估本身并无定论,是个不确定问题。随着量值测量手段的不断改进,测量准确度的提高,对物理问题认识的加深,数学分析的严密,计算手段的现代化,力值不确定度评估方法将会不断深入和改进。

    1　力基(标)准机的力值不确定度

    首先讨论静重式、杠杆式和液压式力基(标)准机的力值不确定度的评估方法。从标准力值的计算公式出发,利用函数的误差传递公式,导出标准力值与各影响量的不确定度的关系,确定力基(标)准机的力值不确定度。

    1.1　静重式力基(标)准机(DWM)

    静重式力基(标)准机是指以砝码的重力作为标准负荷,通过适当的机构按预定顺序自动平稳地把负荷直接地施加到被检测力仪上的力基(标)准机。

    根据万有引力定律,质量为m(kg)的砝码在重力加速度为g(m/s2)的真空引力场中产生的重力Fo为:

    Fo=mg

如图1所示,砝码m在空气中产生的向下作用力F为:

    式中,d,d_o分别为砝码材料密度和砝码所在地点的空气密度(kg/m³)。

    由式(1)可以求出质量为m的物体在有空气的重力场中产生的向下力F。反之,也可以由此式求出在空气中产生向下的力F所需的质量。当F的单位为N时,

    在静重机中,产生力值不确定度的因素有两方面。一是由式(1)给出的直接决定力值的各物理因素带来的不确定度;二是与力标准机的安装、调整性能有关的因素带来的不确定度。