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F1等級(jí)500kg砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立：

介紹500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成，并進(jìn)行不確定度分析，說(shuō)明該裝置可以滿足檢定500kgF1等級(jí)砝碼的要求，為建立500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置提供理論和技術(shù)保證。500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立可以完善軌道衡計(jì)量量值傳遞系統(tǒng)，保障全國(guó)軌道衡計(jì)量量值傳遞系統(tǒng)的*可靠。

1概述

*軌道衡計(jì)量*是*質(zhì)量*檢驗(yàn)檢疫總*授權(quán)的法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，承擔(dān)全國(guó)動(dòng)靜態(tài)稱量軌道衡的檢定。為保證全國(guó)軌道衡的量值*統(tǒng)*，有必要建立500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)裝置”），完善量值傳遞系統(tǒng)，滿足檢定F1等級(jí)500kg砝碼的要求，即整套標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度小于或等于500kgF1等級(jí)砝碼*大允許誤差*值的1/3。標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器由25塊20kgF1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼組成，可溯源到*計(jì)量**的E1等級(jí)砝碼。

2標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成及有關(guān)條件要求

2.1計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器采用25塊20kgF1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼組合成500kg，每塊砝碼由*計(jì)量**檢定，按組合后的折算質(zhì)量修正值使用，組合后*大允許誤差為±0.75g，材料為不銹鋼。

2.2天平使用的天平為500kg3級(jí)電磁天平，其計(jì)量性能指標(biāo)是：檢定分度值為0.2g，實(shí)際分度值為0.02g，重復(fù)性為0.2g，*大秤量為500kg。

2.3測(cè)量依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量依據(jù)主要是JJG99—2006《砝碼》、JJG98—2006《機(jī)械天平》和JJG1036—2008《電子天平》。

2.4環(huán)境條件

（1）溫度：砝碼的檢定應(yīng)在穩(wěn)定的環(huán)境狀況下，砝碼的溫度接近室溫。

1. 檢定時(shí)，溫度變化為每4h*大變化2℃。
2. 相對(duì)濕度范圍：30%～70%RH。
3. 相對(duì)濕度變化：每4h*大變化15%RH。

2.5測(cè)量對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量對(duì)象為500kgF1等級(jí)砝碼，*大允許誤差為±2.5g，材料為不銹鋼。

2.6測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量方法為替代法，采用ABBA循環(huán)，A表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼，B表示被檢砝碼。

3不確定度分析評(píng)定

3.1數(shù)學(xué)模型使用標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量砝碼質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型為mt=mr+Δm。（1）式（1）中，mt為F1等級(jí)被測(cè)砝碼的折算質(zhì)量，kg；mr為F1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量，kg；Δm為被測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的平均質(zhì)量差，kg。

3.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定根據(jù)數(shù)學(xué)模型分析，使用標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量砝碼質(zhì)量的不確定度來(lái)源主要有4個(gè)方面，即測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、空氣浮力和天平。

3.2.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uw（m）t采用B類方法評(píng)定測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，可根據(jù)天平的示值重復(fù)性，即全稱量示值重復(fù)性△p來(lái)確定。全稱量示值重復(fù)性采用*差法計(jì)算，根據(jù)10次測(cè)量重復(fù)性時(shí)，采用*差法計(jì)算的結(jié)果與貝塞爾公式計(jì)算的單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的系數(shù)為3的關(guān)系，此處△p取天平的分度值為0.2g，*以u(píng)w（m）t=1/3×△p=（1/3）×0.2≈0.067（g）。

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）r標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度對(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u（mr）=u02（mr）+uinst2姨（mr）。（2）式（2）中，u0（m）表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)不r確定度，g；uinst（m）表示標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量不穩(wěn)r定性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，g。25塊20kgF1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼組合后的質(zhì)量允差δ（m）為r±0.75g，依據(jù)砝碼檢定規(guī)程的規(guī)定，覆蓋因子k取2，U為│δ（m）r│/3。*以，標(biāo)準(zhǔn)不確定度u0（m）為r│δ（m）r│/6。根據(jù)砝碼檢定規(guī)程，可以參考砝碼相鄰2個(gè)周期的檢定結(jié)果之差不得超過(guò)該砝碼*大允許誤差的1/3來(lái)確定。

按照均勻分布考慮質(zhì)量變化的*大值，即可得到砝碼質(zhì)量不穩(wěn)定性引起的不確定度為uinst（mr）=m（rmax）-m（rmin）2姨3=uinst（mr）=0.75/32姨3≈0.072（g）。因此，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度u（m）為t0.144g。

3.2.3由空氣浮力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ub（m）t在F1等級(jí)砝碼的檢定中，由于被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼都為不銹鋼材料，相應(yīng)的空氣密度修正量相對(duì)于*大允許不確定度而言*般非常小，因此，*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。空氣密度采用當(dāng)?shù)氐钠骄諝饷芏龋讳P鋼砝碼材料密度范圍為7800～8000kg/m3，因此，空氣浮力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為ub（mt）=1姨3（Vt-Vr）×（ρa-ρ0）=1姨3×0.12×（5007800-5008000）≈0.111（g）。

3.2.4天平帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uba（m）t3

.2.4.1天平分辨率引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ud（m）t由于檢定*用天平是數(shù)字顯示電磁天平，實(shí)際分度值d為0.02g，因此由分辨率帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為ud（mt）=d/2姨3×2≈0.008（g）。其中，因子姨2來(lái)自2次讀數(shù)，*次為標(biāo)準(zhǔn)砝碼，另*次為被檢砝碼。

3.2.4.2天平靈敏度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量us（m）t在砝碼檢定時(shí)，采用靈敏度砝碼ms，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u（m），則由于天平靈敏度引起的s不確定度為u（smt）=（Δm）2u2（ms）ms2+u2（ΔIs）（ΔIs）姨││2≈Δm·δ天平3ms。（3）式（3）中，△Is為由于靈敏度砝碼引起的天平示值的變化，g；u（△I）為s△Is的不確定度，其大小可根據(jù)天平的重復(fù)性△r來(lái)計(jì)算，為△r/3，g；在砝碼檢定時(shí)，Δm為被測(cè)砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的平均質(zhì)量差，*般不超過(guò)±0.8g；δ天平為天平的分度值，0.2g；靈敏度砝碼ms采用1gF1等級(jí)砝碼。u（smt）=0.8×0.23×1≈0.053（g）。3.2.4.3天平偏載引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量由于天平具有自動(dòng)定心裝置，此項(xiàng)分量可忽略不計(jì)。天平帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uba（m）為uba（mt）=ud（2mt）+us2姨（mt）=0.0082+0.0532姨≈0.054（g）。

3.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由于各不確定度分量互不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用下式計(jì)算。uc（mt）=uw2（mt）+u2（mr）+ub2（mt）+uba2姨（mt）=0.0672+0.1442+0.1112+0.0542姨≈0.20（g）。4擴(kuò)展不確定度采用ABBA循環(huán)，可得到500kgF1等級(jí)砝碼的測(cè)量結(jié)果。擴(kuò)展不確定度U屬正態(tài)分布，取k=2，500kgF1等級(jí)砝碼質(zhì)量擴(kuò)展不確定度為U=k×u（cm）t=2×0.20=0.40（g）。U=0.40g（∧1/3）×MPEV=（1/3）×2.5g=0.83g。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析和計(jì)算，500kgF1等級(jí)砝碼質(zhì)量的擴(kuò)展不確定度小于其*大允許誤差*值的1/3，證明標(biāo)準(zhǔn)裝置滿足檢定F1等級(jí)砝碼的要求，并可為建立500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置提供理論和技術(shù)保證。500kgF1等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立可以完善軌道衡計(jì)量量值傳遞系統(tǒng)，保證全國(guó)軌道衡量值傳遞系統(tǒng)的量值*可靠。

F1等級(jí)500kg砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立