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    1.  
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      采用質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的方法與評定
      點(diǎn)擊次數(shù):2113 更新時(shí)間:2021-01-13

      采用質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的方法與評定

       摘 要:本文依據(jù) JJF1326 -2011《質(zhì)量比較儀》和 JJG99 -2006《砝碼》,針對砝碼質(zhì)量的校準(zhǔn)行討論,分析了采用質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)砝碼的方法,以及用此方法所得校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定

       1 概述
      質(zhì)量比較儀主要是根據(jù)測量彈性元件的變形和應(yīng)變,或電磁力反饋平衡的原理制造的高分辨率電子衡量設(shè)備。其主要用途是基于 ABA 或 ABBA 循環(huán)方式測量質(zhì)量差值,對砝碼行質(zhì)量傳遞。本文以某 200gF1 等級砝碼的校準(zhǔn)為例,介紹采用質(zhì)量比較儀行砝碼質(zhì)量校準(zhǔn)的方式,及對其結(jié)果行不確定度評定的方法。

      2 校準(zhǔn)方法
      2. 1 校準(zhǔn)依據(jù)JJG99 -2006《砝碼》檢定規(guī)程
      2. 2 主要計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和配套設(shè)備見下表 1:表 1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和配套設(shè)備
      序號 設(shè)備名稱技術(shù)指標(biāo)測量范圍 分度值/U(k =2)
      1 E 2 等級砝碼 1g ~500g (0. 03 ~0. 8)mg
      2 質(zhì)量比較儀 (0 ~205)g 0. 01mg
      2. 3 被校砝碼:F 1 等級 200g
      2. 4 校準(zhǔn)步驟
      (1)開啟質(zhì)量比較儀,預(yù)熱并校正后將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在比較儀的稱盤內(nèi),讀取數(shù)據(jù) A。A 取兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值。
      (2)取下標(biāo)準(zhǔn)砝碼,并在此稱盤內(nèi)放上同名義質(zhì)量的被檢砝碼,讀取數(shù)據(jù) B。B 取兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值,再重復(fù)步驟(2)取兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值。
      (3)取下被檢砝碼,并在此稱盤內(nèi)再次放上標(biāo)準(zhǔn)砝碼,讀取數(shù)據(jù) A。A 取兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值。
      (4)測量循環(huán)采用 ABBA 法,測得被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間差值 Δm。
      (5)以上步驟重復(fù) 10 次。

      3 不確定度評定方法
      3. 1 測量模型
      砝碼的折算質(zhì)量修正值:
      mc c = Δm + Δm1ρ B-1ρ( )A
      ρ K- ρ( )1. 2+ m cw (1)式中:mc c —被測砝碼的折算質(zhì)量修正值,單位:mg ;
      Δm—被測砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼平衡位置差值平均值,單位:mg ;
      ρ B —被測砝碼的密度,單位:kg/m 3 ;
      ρ A —標(biāo)準(zhǔn)砝碼的密度,單位:kg/m 3 ;
      ρ k —測量時(shí),實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際空氣密度,單位:kg/m 3 ;
      ρ 1. 2 —約定的標(biāo)準(zhǔn)空氣密度,單位:kg/m 3 ;
      m cw —標(biāo)準(zhǔn)砝碼折算質(zhì)量修正值,單位:mg。
      假設(shè),空氣浮力引起的質(zhì)量修正值為 m ρm ρ = Δm1ρ B-1ρ( )Aρ K- ρ( )
      1. 2則式(1)式簡化為:mc c = Δm + m ρ + m cw (2)Δm= c m ρ =mc cmρ=1;c m cw =mc cmcw=1;

      4 測量結(jié)果不確定度的評定
      4. 1 測量重復(fù)性引起的不確定度 u w Δ ( ) m 的評定。
      用 A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定,校準(zhǔn) F1 等200g 砝碼,采
      用 ABBA 方法連續(xù)測量 10 次,得到被測砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼
      的差值測量列見表 2:
      表 2 重復(fù)測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
      測量
      次數(shù)
      1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
      測量值
      (mg)
      +0. 20 +0. 18 +0. 15 +0. 17 +0. 21 +0. 18 +0. 19 +0. 20 +0. 18 +0. 19十次測量平均值 X = +0. 185mg 單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 s =0. 017mg因此,測量重復(fù)性引起的不確定度u w Δ ( ) m = s =0. 017mg
      4. 2 標(biāo)準(zhǔn)砝碼引起的不確定度 u(m cr )的評定。采用 B 類方法行評定,標(biāo)準(zhǔn)砝碼引起 的不確定度u(m cr ) 。
      4. 2. 1 標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度引起的不確定度分量u(m b )
      根據(jù)規(guī)程,E2 等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼 200g 的擴(kuò)展不確定度不于 0. 10 mg,含因子 k =2。U(m b ) = U/k =0. 10mg/2 =0. 05mg
      4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的不穩(wěn)定性引起的不確定度u inst (m cr )查該 E2 等級200g 標(biāo)準(zhǔn)砝碼過去四個(gè)檢定周期修正值如下表 3:表 3 標(biāo)準(zhǔn)砝碼過去四個(gè)檢定周期修正值
      檢定日期 2013 年 2014 年 2015 年 2016 年檢定結(jié)果(mg) 0. 00 +0. 010. 00 +0. 06
      由表可得,過去四年檢定結(jié)果值與小值之差
      為 0. 06mg,以均勻分布估計(jì)這個(gè)分量。E2 等級 200g 標(biāo)
      準(zhǔn)砝碼的不穩(wěn)定性引入的不確定度分量:u inst (m cr )槡
      4. 2. 3 標(biāo)準(zhǔn)砝碼引起的不確定度 u(m cr )u(m cr ) =U( )k2+ u 2instm ( )槡cr=0. 061mg
      4. 3 由質(zhì)量比較儀引入的不確定度 u ba
      依據(jù)所選用質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)證書可得,100g ~ 200g
      衡量范圍內(nèi):[m s =10mg,U s =0. 003mg,k =2]
      重復(fù)性:s pt1 =0. 029mg;
      偏載誤差:σ E1 =0. 020mg;
      局部示值誤差:σ S1 = -0. 002mg;
      (1)偏載誤差引起的不確定度
      u E1 =d 1d 2× σE1槡2 × 3=0. 001mg(其中 d1d 2=14)(2)局部示值誤差引起的不確定度u S1 = Δm ×u(m s )m( )s2+u(ΔI s1 )ΔIs( )1槡2=0. 000mg其中:u(m s ) =U2=0. 0015mgΔIs1 = m s+ σs1 = (10 -0. 002)mg =9. 998mg;u(ΔI s1 ) = s pt1 =0. 029mg。
      (3)由質(zhì)量比較儀引入的不確定度u ba =U E1( )k2+U S1( )k槡2=0. 001mg
      4. 4 空氣浮力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
      空氣浮力引起的質(zhì)量修正值為m ρ = Δm1ρ B-1ρ( )Aρ K- ρ( )1. 2本次測試中,被檢砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼材料均為不銹鋼,密度相同,即ρ B= ρA ,因此有:1ρ B-1ρ A=0,從而 m ρ =0空氣浮力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度忽略不計(jì)。
      5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
      5. 1 主要不確定度分量匯總表(如表 4)表 4 主要不確定度分量
      不確定度來源 不確定度分量 u(x i )c i
      測量重復(fù)性 u w Δ ( ) m0. 017 1標(biāo)準(zhǔn)砝碼 u(m cr )0. 0611衡量儀器 u ba0. 001
      5. 2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式得到:u C m ( )ct= u 2wΔ ( ) m + u 2 (m cr ) + u ba槡2=0. 06mg
      5. 3 擴(kuò)展不確定度 U(m ct )的評定取 k =2,U(m ct ) = k·u c (m ct ) =2 ×0. 06mg =0. 2mg
      6 結(jié)論
      樣品 F1 等級 200g 砝碼其折算質(zhì)量修正值為 +0. 2mg,U =0. 2mg,k =2

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