文 王敬華

砝碼測(cè)量不確定度分析

文 王敬華

一直以來(lái)，質(zhì)量計(jì)量在力學(xué)計(jì)量系統(tǒng)中都處在重要的地位。確保質(zhì)量計(jì)量的準(zhǔn)確性，才能使流量計(jì)量、扭矩計(jì)量和壓力計(jì)量等多種計(jì)量工作的準(zhǔn)確性得到提升。而在質(zhì)量量值計(jì)量中，砝碼則是重要的載體。

在對(duì)砝碼檢定的測(cè)量不確定度進(jìn)行分析時(shí)，需要先確定砝碼測(cè)量結(jié)果不確定度的來(lái)源。就目前來(lái)看，砝碼測(cè)量不確定度主要來(lái)源與標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶來(lái)的不確定度、空氣浮力帶來(lái)的不確定度和衡量?jī)x器帶來(lái)的不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶來(lái)的不確定度分析

利用F1等級(jí)200g砝碼對(duì)F2等級(jí)200g砝碼進(jìn)行檢定時(shí)，需要先對(duì)F1等級(jí)砝碼帶來(lái)的不確定度進(jìn)行分析。考慮到量值傳遞問(wèn)題，需要使用修正值，而標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度可以利用公式評(píng)定。當(dāng)k=2時(shí)，砝碼擴(kuò)展不確定度U將為0.3。

式中，質(zhì)量不穩(wěn)引起的砝碼不確定度為uinst(mct)，可以對(duì)砝碼進(jìn)行多次檢定，然后對(duì)質(zhì)量變化進(jìn)行評(píng)估得到。在檢定次數(shù)小于6次的情況下，可以使用極差法計(jì)算，可得uinst(mct)=0.02887mg。將結(jié)果帶入公式，可得u(mct)=0.15275mg。

空氣浮力帶來(lái)的不確定度分析

在對(duì)砝碼檢定測(cè)量的空氣浮力帶來(lái)的不確定度展開(kāi)分析時(shí)，需要利用空氣密度測(cè)量相對(duì)不確定度進(jìn)行浮力不確定度的計(jì)算。所以，需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行溫度計(jì)、壓力計(jì)和濕度計(jì)的配備，以便獲得空氣密度測(cè)量的相對(duì)不確定度。而將得到的數(shù)值乘以砝碼檢定時(shí)的空氣密度值，則能夠完成浮力不確定度的分析。按照J(rèn)JG99-2006《砝碼》規(guī)定，想要修正F2等級(jí)砝碼的空氣浮力，還要先確保實(shí)驗(yàn)室空氣密度的測(cè)量結(jié)果大于m（1±10%）。而實(shí)驗(yàn)使用的200g標(biāo)準(zhǔn)砝碼體積為25.04cm3，可以利用Vtef表示，不確定度為0.067cm3，可以利用uVtef表示。此外，被檢定的砝碼的密度為7.85g/cm3，可以利用ρtest表示，測(cè)量不確定度為0.14g/cm3，可利用U(ρtest)表示。所以，該砝碼相當(dāng)于體積為25.48cm3，測(cè)量不確定度為0.446m3的200g砝碼，其體積及測(cè)量不確定應(yīng)利用Vtest和uVtef表示。將當(dāng)?shù)乜諝饷芏绕骄翟O(shè)定為1.09mg/cm3，其測(cè)量不確定度u 將為0.06928mg/cm3。因此，空氣浮力修正標(biāo)準(zhǔn)不確定度

可以利用公式 :

計(jì)算，結(jié)果為0.48169mg。

衡量?jī)x器帶來(lái)的不確定度分析

對(duì)衡量?jī)x器帶來(lái)的不確定展開(kāi)分析，需要利用公式:

對(duì)偏載帶來(lái)的不確定度進(jìn)行計(jì)算，可得uE=0.01443mg。在此基礎(chǔ)上，可以利用公式 計(jì)算由分辨力帶來(lái)的不確定度，可得ud=0.04082mg。最終，利用公式:

計(jì)算,可以得到衡量?jī)x器帶來(lái)的不確定度ubd=0.04330mg。

砝碼檢定測(cè)量不確定度的合成

完成各因素引起的不確定度計(jì)算后，可以利用公式:

進(jìn)行砝碼檢定測(cè)量不確定度的合成。而通過(guò)計(jì)算可得uc(mt)=0.50718mg,所以可知砝碼測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U(mt)=kuc(mt)=1.01mg。

總之，在對(duì)砝碼進(jìn)行檢定測(cè)量時(shí)，其將受到溫度、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、設(shè)備和氣壓密度等各種因素的影響。所以在對(duì)砝碼檢定測(cè)量不確定度展開(kāi)分析時(shí)，還要考慮各方面的因素，以免因忽略某個(gè)因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。為達(dá)成這一目標(biāo)，檢定人員還要全面分析誤差來(lái)源，并且做到不遺漏和不重復(fù)評(píng)估，以便使各種因素對(duì)檢定測(cè)量的影響得到消除。因此，相信對(duì)砝碼檢定測(cè)量不確定度展開(kāi)的研究，可以為相關(guān)工作的開(kāi)展提供指導(dǎo)。

作者單位：山東省淄博市臨淄區(qū)計(jì)量測(cè)試所