M12等级砝码的检定及不确定度计算

　　1　F2等级标准砝码装置简介

　　计量标准器:500kgF2等级不锈钢砝码6块,每块砝码的扩展不确定度U=2.6g (包含因子k=3);

　　检定设备:砝码检测仪,重复性为1.7x10^-5,实际分度值为d=10g;

　　检定方法:替代称量法;

　　被检定砝码:M12等级500kg、1 000kg、2 000kg、3 000kg砝码,最大可接受的扩展不确定度分别为U=16g、33g、66g、100g(包含因子k=3)。

　　以2 000kg为例,介绍其检定及不确定度计算。

　　2　检定及其数学模型

　　选择检定M12等级2 000kg砝码的质量测量为评定对象,即评定被测砝码折算质量的测量不确定度。测量方法为替代称量法,即在砝码检测仪上分别放上标准砝码及被测砝码,获得相应的质量差,经计算得到被测砝码的折算质量。

　　砝码的测量数学模型可表示为下列形式:

　　式中mt:表示被测的M12等级砝码的折算质量; mr:表示4块500kgF2等级砝码组合的折算质量;△m:被测砝码和标准砝码对应的质量差;ρa:空气密度,一般采用近期平均空气密度或年空气密度;ρ0:参考空气密度,0.001 2 g/cm³;Vt、Vr:被检砝码和标准砝码的体积。

　　3　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、标准砝码、空气浮力及砝码检测仪的分辨力。这4个不确定度来源带来的标准不确定度分别说明如下:

　　3.1　测量重复性引入的标准不确定度uw(mt):也

　　称衡量过程的标准不确定度。单次测量的标准差可根据砝码检测仪的重复性来估计,即为其重复性的1/3。

　　3.2　由标准砝码引入的标准不确定度uref(mt):对应于标准砝码质量mr的不确定度分量。计算公式为:

　　其中u0(mr)表示标准砝码上次检定时的标准不确定度;uins(mr)表示标准砝码质量不稳定性引入的标准不确定度,取为相应砝码质量最大允差δ(mr)的1/(3 3 )。

　　查其质量允差δ(mr)=4×8= 32 (g),故

　　3.3　由空气浮力引入的标准不确定度ub(mt):表示空气浮力修正项(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)的不确定度分量。M12等级砝码的检定中,相应的空气密度修正量相对于最大允差不确定度而言一般非常小。因此,一般不进行空气浮力修正。这是,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(ρ0±0.000 12)g/cm³;其次F2等级不锈钢标准砝码材料密度为7.8g/cm³,被检M12等级砝码材料是铸铁,其材料密度为7.0g/cm³;从而可计算出空气浮力修正量。因此,空气浮力的标准不确定度ub(mt)可取为: