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500kgF2等級(jí)砝碼的檢定及不確定度評(píng)定
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發(fā)布日期:[2010-12-24] 共閱[2433]次 |
500kgF2等級(jí)砝碼的檢定及不確定度評(píng)定 國(guó)家軌道衡計(jì)量站 安愛(ài)民 【摘 要】 本文依據(jù)JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程的要求,闡述了500kgF2等級(jí)砝碼的檢定方法,并分析了其檢定過(guò)程中的不確定度來(lái)源及評(píng)定方法。 【關(guān)鍵詞】 砝碼;檢定;不確定度 引 言 由于我站量值傳遞的需要,現(xiàn)有500kgF2等級(jí)砝碼6塊,材料為不銹鋼,zui大允許誤差為±8g,用于傳遞檢定500kg~3000kg M12等級(jí)砝碼。這6塊500kgF2等級(jí)砝碼采用25塊20kgF1等級(jí)砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)在500kg/1000kg兩檔4級(jí)天平上進(jìn)行檢定,20kgF1等級(jí)砝碼的zui大允許誤差為±0.1g,組合為500kg砝碼的zui大允許誤差為±2.5g,材料為不銹鋼。 一、檢定設(shè)備及方法 1、檢定設(shè)備 檢定設(shè)備采用我站500kg/1000kg兩檔4級(jí)天平,該天平的主要技術(shù)指標(biāo)在500kg檔時(shí)為:zui大秤量:500kg;分度值e≤0.5g。 2、檢定方法 根據(jù)JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程,對(duì)F2等級(jí)砝碼檢定室有如下基本要求是:檢定室不允許有容易察覺(jué)的振動(dòng)和氣流,應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振源和磁源,檢定室內(nèi)的天平和砝碼應(yīng)避免陽(yáng)光直接照射。檢定室溫度波動(dòng)每4小時(shí)不得大于3.5℃,室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度應(yīng)在30%~70%,每4小時(shí)zui大變化15%,砝碼的溫度應(yīng)與室溫相一致,存放時(shí)間不得少于4小時(shí)等。 檢定過(guò)程采用替代稱(chēng)量法,測(cè)量循環(huán)為ABA,循環(huán)次數(shù)為一次,具體操作過(guò)程為:先在500kg/1000kg兩檔4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)天平左盤(pán)加25塊20kgF1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼,右盤(pán)為平衡砝碼,讀取平衡位置,卸下標(biāo)準(zhǔn)砝碼,然后在天平左盤(pán)加上一塊500kgF2等級(jí)被檢砝碼,讀取其平衡位置,將測(cè)分度值的標(biāo)準(zhǔn)小砝碼放入左盤(pán)內(nèi),讀取平衡位置,取下標(biāo)準(zhǔn)砝碼和標(biāo)準(zhǔn)小砝碼。由一人檢定一次。 二、數(shù)學(xué)模型的建立 選擇檢定500kgF2等級(jí)砝碼的質(zhì)量測(cè)量為評(píng)定對(duì)象,即評(píng)定被測(cè)砝碼折算質(zhì)量的測(cè)量不確定度,測(cè)量方法為替代稱(chēng)量法,即在天平分別放上標(biāo)準(zhǔn)砝碼及被測(cè)砝碼,獲得相應(yīng)的質(zhì)量差,經(jīng)計(jì)算得到被測(cè)砝碼的折算質(zhì)量。 砝碼的測(cè)量數(shù)學(xué)模型可表示為下列形式: 0()()cstrrtrasmmmmmVVImIρρ=+Δ=+−×−±Δ×±Δ (1) 式中mt表示被測(cè)500kgF2等級(jí)砝碼的折算質(zhì)量;mr表示25塊20kgF1等級(jí)砝碼組合的總折算質(zhì)量;mΔ為被測(cè)砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)應(yīng)的質(zhì)量差;ρa為空氣密度,一般采用近期平均空氣密度或年空氣密度;ρ0為參考空氣密度,為1.2kg/m3;Vt、Vr為被檢砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼的體積,mcs為測(cè)分度值靈敏度砝碼的折算質(zhì)量,mcw為平衡小砝碼的折算質(zhì)量,在本檢定過(guò)程中未添加此砝碼,故該項(xiàng)為零。 三、不確定度來(lái)源及分量的評(píng)定 根據(jù)數(shù)學(xué)模型,可知測(cè)量結(jié)果有4個(gè)不確定度來(lái)源,即測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、空氣浮力、天平。這4個(gè)不確定度來(lái)源帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別說(shuō)明如下: 1、測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uw(mt) 這類(lèi)不確定度可根據(jù)天平的示值重復(fù)性,即全稱(chēng)量示值重復(fù)性△p來(lái)確定,此處△p取天平的分度值0.5g,所以 uw(mt)=1/3×△p=1/3×0.5=0.17(g) 2、標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(mr) 對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量mr的不確定度分量。計(jì)算公式為: 220()()()rrinstrumumum=+ (2) 其中u0(mr)表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼上次檢定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度;uinst(mr)表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量不穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,取為相應(yīng)砝碼質(zhì)量zui大允許誤差δ(mr)的133。其標(biāo)準(zhǔn)砝碼總質(zhì)量的允差δ(mr)=±2.5g,故 22()()()()()633rrrmmumδδ=+22.52.5()()633=+ =0.64(g) (3) 3、由空氣浮力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ub(mt) 表示空氣浮力修正項(xiàng)(Vt-Vr)×(ρa-ρ0)的不確定度分量。由于被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼都為不銹鋼材料,在F2等級(jí)砝碼的檢定中,相應(yīng)的空氣密度修正量相對(duì)于zui大允許不確定度而言一般非常小。因此,一般不進(jìn)行空氣浮力修正。這時(shí),通過(guò)估計(jì)空氣浮力修正值的大小來(lái)評(píng)定該不確定度分量。首先,空氣密度一般控制在(ρ0±1.2)kg/m3;其次不銹鋼砝碼材料密度范圍為(7800~7900)kg/m3,從而可計(jì)算出空氣浮力修正。因此,空氣浮力的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ub(mt)可取為: 01()()()3bttraumVVρρ=−×−15005001.2()780079003=××−=0.56(g) (4) 4、天平帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uba(mt) 這里考慮天平的分辨力、靈敏度和線性漂移3個(gè)方面的不確定度分量。下面分別討論: (1)由于檢定所用天平是機(jī)械天平,是通過(guò)天平指針擺動(dòng)獲取讀數(shù)的,計(jì)算其平衡位置,因此分辨力引入的不確定度分量ud(mt)為 ud(mt)=d/4=0.5/4=0.13g (2)天平靈敏度引起的不確定度us(mt) 22222()()()()[] 3smmδ≈Δ⋅天平 (5) 對(duì)于本檢定過(guò)程,mΔ一般不大于2.5g,δ天平為天平的分度值,此處取為0.5g,靈敏度砝碼ms采用2g F2等級(jí)砝碼,所以0.5()2.50.2132stumg=×=×。 (3)線性漂移udrift(mt) 首先估計(jì)天平的線性漂移速率。依據(jù)可以是示值重復(fù)性,對(duì)應(yīng)的測(cè)量次數(shù)為4次,所以每次測(cè)量的漂移可取為示值重復(fù)性的1/4,所以 110.544()0.07()33pdrifttumg×Δ×=== (6) 綜上所述,可以計(jì)算出uba(mt): 222()()()()batdtstdrifttumumumum=++ (7) 2220.130.210.070.26()g=++= 四、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 由于各不確定度分量互不相關(guān),故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用下式計(jì)算: 2222()()()()()twtrbtbaumumumumum=+++ (8) 2220.170.640.560.26=+++ =0.91(g) 五、擴(kuò)展不確定度 取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為: U=k×u(mt)=2×0.91=1.82g 六、不確定度分量匯總 不確定度分量 符號(hào) 不確定度來(lái)源 標(biāo)準(zhǔn)不確定度(g) 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u(mt) 擴(kuò)展不確定度(k=2) zui大可接受 不確定度(k=2) uw(mt) 測(cè)量重復(fù)性 0.17 u(mr) 標(biāo)準(zhǔn)砝碼 0.64 ub(mt) 空氣浮力 0.56 uba(mt) 天平 0.26 0.91 g 1.82 g 2.4g 七、不確定度報(bào)告 以1塊500kgF2等級(jí)砝碼檢定為例,其檢定數(shù)據(jù)為IA1=0.0,IB=2.5,IA2=0.0,實(shí)測(cè)分度值為0.48g,標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量為mr=499.9995kg,所以 12()2csAAtrrBsmIImmmmII+=+Δ=+−×Δ (9) 根據(jù)以上檢定數(shù)據(jù)和公式(9)計(jì)算出的被測(cè)砝碼質(zhì)量為mt=500.0007kg;U=1.82g;k=2。 參考文獻(xiàn) 1.JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程。 2.閆寶珠,質(zhì)量與密度測(cè)量不確定度評(píng)定[M],北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2002。 3.倪育才,實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M],北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2008。 4.JJF 1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。 |
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