F1等级克组计量标准技术报告.doc

计量标准技术报告计量标准名称 F1等级克组砝码标准装置 建立计量标单位 东营市计量测试检定所 计量标准负责人 李林洲 筹建起止日期 1988.12 说 明1、申请建立计量标准应填写计量标准技术报告。计量标准考核合格后由申请单位存档。2、计量标准技术报告由计量标准负责人填写。3、计量标准技术报告用计算机打印或墨水笔填写，要求字迹工整清晰。 目 录一、 计量标准的工作原理及其组成（1）二、 选用的计量标准器及主要配套设备（2）三、 计量标准的主要技术指标（3）四、 环境条件（3）五、 计量标准的量值溯源和传递框图（4）六、 计量标准的测量重复性考核（5）七、 计量标准的稳定性考核（6）八、 测量不确定度评定（7-17）九、 计量标准的测量不确定度验证（18）十、 结论（19）十一、 附加说明（19）一、计量标准的工作原理及其组成砝码的检定，采用质量已知的高一等级砝码在相应精度天平上进行检定，具体方法：把标准砝码放在天平的一个秤盘上，在另一个称盘上放上配衡物，使天平实现平衡，并读取平衡位置LA1，然后把标准砝码从天平秤盘上取下来放上被检砝码，使天平仍能在LA1附近实现平衡，设此时平衡位置为LB。然后再把被检砝码从天平秤盘上取下来放上标准砝码，读取平衡位置LA2, 最后，把一个感量砝码添加在放标准砝码的称盘上读取平衡位置LA2+ms，则被测物体质量mB*为： 示意图如下 ：BTAT LA LB 式中： mA*-标准砝码的折算质量; mB*-被检砝码的折算质量;VA-标准砝码的体积cm3; BB-被检砝码的体积cm3;Pa-检定室内实际空气密度mg/cm3; p0-约定的标准空气密度1.2mg/cm3;LA1 、 LA2-秤量标准砝码时的平衡位置（分度）；LB-秤量被检砝码时的平衡位置（分度）； ms-测定天平分度值所用小砝码的折算质量；LA2+ms-天平秤盘上同时放有标准砝码和测定天平分度值的砝码时的平衡位置（分度）；mw-为使天平平衡在天平（左、右）盘上所加标准小砝码的质量。 -1-二、选用的计量标准器及主要配套设备计量标准器名 称型 号测量范围不确定度或准确度等级或最大允许误差制造厂及出厂编号检定、校准证书号砝码F1等级(1200)g(0.101.0)mg蓬莱（62） F03-20070268砝码F1等级500g2.5mg蓬莱 砝码F1等级(1200)g(0.101.0)mg黑龙江（86718） F03-20080007主要配套设备标准天平TG332A（020）g3级上海8193LY-05-00001标准天平TG328B（0200）g3级上海51437LY-05-00002标准天平TG31B （11）kg3级上海5123 LY-03- 00100 电子天平ME235S （0230）g 级SARTORIUS400123704584 TY-04-00060 水平仪0.05mm/m1001000.05mm/m潍坊量具厂L03-20080018干湿温度计272型-25+501%上海092T20-20080045气压表DYM3（8001060）hPa二等长春1095T34-20080009温度计棒式（050）0.1北京148-1T15-20080256 -2-三、计量标准的主要技术指标标准名称：标准砝码 准确度等级：F1等级 测量范围：(1 500)g 质量允差：(0.102.5)mg 扩展不确定度：（0.030.8）mg四、环境条件项 目要 求实 际 情 况结 论温 度恒温室温度波动每4h最大变化21/4h合格相对湿度 30%70%,每4h最大变化15%每4h最大变化小于15%合格振动气流磁源无振动 气流 磁源无合格 -3-五、计量标准的量值溯源和传递框图省计科院标准E2等级克组砝码1g500gU=(0.0100.24)mg k2 精密衡量法本所标准F1等级克组砝码1g500gU=(0.030.8)mg k2 精密衡量法下级标准F2等级砝码1g500gU=(0.102.4)mg k2 -4-六、计量标准的测量重复性考核 选一个200gF2等级砝码在本所编号为51437的TG328B型天平上,重复检定10次，结果如下：序号测 量 值Xi (mg)U=Xi -U210.80-0.0086.410-520.80-0.0086.410-530.80-0.0086.410-540.820.0121.4410-450.80-0.0086.410-560.80-0.0086.410-570.820.0121.4410-480.80-0.0086.410-590.820.0121.4410-4100.820.0121.4410-4X和0.8089.610-4该重复性符合规定要求。 -5-七、计量标准的稳定性考核 以编号62砝码为例：标准器编号名义值(g)允许变差(年)(mg)上级法定计量检定机构检定数据或自我比对数据2003年2004年变差2005年变差2006年变差2007年变差结论625002.5 2001.00.0-0.1-0.1-0.2-0.1-0.20.0-0.20.0合格200*1.00.10.0-0.1-0.2-0.2-0.10.1-0.10.0合格1000.50.50.4-0.10.3-0.10.30.00.40.1合格100*0.50.30.30.00.2-0.10.20.00.20.0合格500.30.00.00.0-0.1-0.1-0.10.0-0.080.02合格200.250.120.160.040.07-0.090.090.020.090.00合格20*0.250.150.170.020.10-0.070.120.020.120.00合格100.200.030.040.010.00-0.040.010.010.010.00合格50.16-0.01-0.010.00-0.02-0.01-0.010.01-0.010.00合格20.120.030.030.00.030.000.030.000.040.01合格2*0.120.000.000.000.000.000.000.000.000.00合格10.100.010.00-0.01-0.01-0.010.000.010.000.00合格 -6-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定1、概述1.1 检定依据：JJG99-2006砝码检定规程；1.2 检定环境：检定室的温度变化每4h最大变化2，相对湿度: 30%70%,每4h最大变化15%1.3 检定方法：采用单次替代法（ABA）。步骤如下：1.3.1 将标准砝码mA*置于天平右盘中央, 左盘加配衡物 T平衡, 开启天平，电光机械分析天平读取天平两次平衡点、摆动天平读取天平四次回转点读数关闭天平并计算出平衡位置LA1（分度），然后把标准砝从天平秤盘上取下来放上被检砝码，使天平仍能在LA1附近实现平衡，设此时平衡位置为LB。然后再把被检砝码从天平秤盘上取下来放上标准砝码，读取平衡位置LA2, 最后，把一个测定天平分度值的小砝码添加到放标准砝码的称盘上读取平衡位置LA2+ms。2、数学模型 -式1式中：mA*-标准砝码的折算质量; mB*-被检砝码的折算质量;VA-标准砝码的体积cm3; VB-被检砝码的体积cm3;Pa-检定室内实际空气密度mg/cm3; p0-约定的标准空气密度1.2mg/cm3;LA1 、 LA2-秤量标准砝码时的平衡位置（分度）；LB-秤量被检砝码时的平衡位置（分度）；ms-测定天平分度值所用小砝码的折算质量；LA2+ms-天平秤盘上同时放有标准砝码和测定天平分度值的砝码时的平衡位置（分度）；mw-为使天平平衡在天平（左、右）盘上所加标准小砝码的质量。3、方差传递: 选： IS=|LA2+msLA2| mp=（VBVA）（a0） mc=ms/IS =mA*+mLmc mw mB=f ( mA, m, L, mc, mw )方差传递公式为：u2 ( mB )=2u2( xi ) =C2(mA)u2( mA)+C2(m )u2( m )+C2(L)u2(L) +C2( mC )u2( mC )+C2( mw )u2( mw ) 灵敏系数： C(mA )=f/mA=1 C(mp)=f/m=1 -7-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定C(mw)=f/mw=1 C( mc )=f/mc=L= LALB C(L)=f/L=mc=ms/IS 方差传递公式: u2(mB )= u2(mA )+u2(mP )+m2C u2(L)+L2u2(mC )+u2(mW ) -式2 4、装置测量不确定度评估,以检定1g、200g和500g F2等级砝码为例. 评估之一：检定 1g F2等级砝码5、主要仪器设备：5.1 砝码: 符号砝码类别级别标称值体积/密度折算质量修正值B被测砝码F2等级1g7.85g/cm3待测A标准砝码F1等级1g7.85g/cm3 0.00mgmS灵敏度砝码F1等级1mg7.85g/cm3 0.018mg5.2 所用天平名称型号实际分度值d全量天平变动性P灵敏度砝码示值变化IsLB标准天平TG332A0.01mg0.5分度100.0分度15.025.0全量示值变动性示值（分度）一次二次三次四次五次六次3.33.03.23.43.33.56、A类标准不确定度分量评定A类标准不确定度是与天平测量重复性测量有关的不确定度分量。以最大称量 200g 为称量点，在相同条件下在天平上重复测量 6 次，根据bessel公式计算： 平均值 =3.28 (分度)单次测量的标准偏差 S=0.17(分度)S=0.0017(mg) -8-八F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定 则：天平测量重复性的标准不确定度uA类（mA）=0.0017(mg)7、B类标准不确定度分量评定7.1 输入量mA的标准不确定度u(mA) 输入量mA为标准砝码的质量值。通过查规程可得F1等级砝码1g的扩展不确定度U(k=2)=0.03mg,可得输入量mA的标准不确定度评定如下： u(mB)=U/k=0.03/2=0.015(mg) 7.2 输入量m的标准不确定度u( m ) 输入量m为空气浮力修正值量，其标准不确定度可由空气浮力引起的最大偏差m max求得。查规程可知F1等级砝码1g的质量允差是0.10mg, F2等级砝码1g的质量允差是0.3mg。不锈钢材料的约定密度是7.85mg/cm3, 本试验室的空气密度（1.200.02）mg/cm3,则：m max =(1000.3-999.9)0.02/7.85=0.0010mg 该误差服从均匀分布，k=, 则输入量m的标准不确定度评定如下： u( m )=m max/=0.0006(mg)7.3 输入量L的标准不确定度u(L)输入量L是与衡量仪器（天平）有关的量，有二个不确定度分量：7.3.1 由天平分辨率有关的不确定度 ud( L ) 由于天平分辨率引起的误差与天平实际分度值有关，服从均匀分布，k=。 由于砝码检定是两人进行，需乘因子，得： 则: ud(L)=（ ） =0.41(分度)7.3.2 线性漂移引起的不确定度 ur( L )由于在机械天平上速度较慢，而且机械天平的漂移也很大，所以应进行天平线形漂移引起的不确定度分析。估计天平的线形漂移速率，依据天平全量示值变动性r。一般线形漂移是呈线形变化的，对于每次测量的漂移约为全量示值变动性 ，服从均匀分布， 则: uf (mL)=r/6) = 0.096（分度） -9-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定7.3.3 输入量L的标准不确定度的合成u(L)= =0.42(分度)7.4 输入量mc的标准不确定度 u( mc) 输入量mc为所测天平实际分度值。根据数学模型：mC = ms/IS方差传递公式为：u2( mc)= c2( ms ) u2( ms )+c2( IS )u2 ( IS ) 式中：c( ms)=1/IS c( IS )=ms /IS2 则： u2(mc)=（1/IS）2 u2(ms)+（ms/IS2）2u2(IS ) =（1/IS2）u2(ms)+（ms2/IS4）u2(IS ) = ms2/IS2u2(ms )/ms2+u2(IS )/IS2 u( mc)=( ms /IS ) = =0.000045（mg）8、灵敏系数的代入 由于 c( mA )=1 c(L)=ms /IS c( m )=1 c(mC )=L则： c(mA) u(mA)= 0.015(mg) c(m ) u(m )=0.0006(mg) c(mc ) u(mc )=0.00045mg) c(L ) u(L)=0.0042(mg) 其中 c(L) ud(L)=0.0041(mg) c(L) u f(L)=0.00097(mg) 9、分量不确定度汇总见下表不确定度分量来 源标准不确定度u ( xi )灵敏度系数c i|ci|u(xi)(mg)1 与测量重复性有关的不确定度0.0017(mg) 10.00172 标准砝码引起的不确定度0.015(mg) 10.0153 空气浮力引起的不确定度0.0006(mg) 10.0006 -10-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定 4 衡量仪器引起的不确定度0.42(分度) 0.010.0042（1）由天平分辨率有关的不确定度0.41(分度) 0.010.0041（2）由天平线性漂移引起的不确定度0.096(分度) 0.010.00105 由测分度值引起的不确定度0.000045(mg/分度) 100.0004510、装置的合成标准不确定度将计算的各不确定度分量分别代入式 2，得： u2B类(mB)=u2(mA)+u2(mp)+C2(L)u2(L)+C2(mC )u2(mC)uB类(mB) = =0.0156mg) u(mB) = =0.016mg)11、装置的扩展标准不确定度 扩展不确定度为：U=2u(mB)=0.032(mg), 置信因子k=2 装置测量不确定度评估之二：检定200gF2等级砝码12、主要仪器设备12.1 砝码符号砝码类别级别标称值体积/密度折算质量修正值B被测砝码F2等级200g7.85g/cm3待测A标准砝码F1等级200g7.85g/cm3-0.1mg mS灵敏度砝码F1等级10mg7.85g/cm30.011mg12.2 所用天平名称型号实际分度值d全量天平变动性p灵敏度砝码示值变化sLB标准天平TG328B0.1mg0.5分度99.8分度5.515.5全量示值变动性示值（分度） 一次二次三次四次五次六次3.33.03.23.43.33.5 -11-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定13、A类标准不确定度分度量评定最大称量200g为称量点，在相同条件下在天平上重复测量 6 次，根据Bessel公式计算： 平均值 =3.28 单次测量的标准偏差： s= =0.17（分度） s =0.017（mg）则：天平测量重复性的标准不确定度uA类(mA)= 0.017(mg)14、B类标准不确定度分量评定14.1 输入量mB的标准不确定度u(mB) F1等级200g 标准砝码的扩展不确定度为U（K=2）=0.3mg 则：u(mB)=U/k=0.3/2=0.15(mg) 14.2 输入量mP的标准不确定度u(mP ) F1等级标准砝码 200g 的质量允差是1.0mg，F2等级砝码200g的质量允差是3.0mg. 则： m max=（200003.0-199999.0）0.02/7.85=0.010mg u(m )=m max /= 0.006(mg)14.3 输入量L的标准不确定度u(mL)14.3.1 由天平分辨率有关的不确定度 ud (L) ud(L)= =(分度)14.3.2 线性漂移引起的不确定度 uf(L)（分度）14.3.3 输入量L的标准不确定度的合成u(L)= = =0.42（分度） -12-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定14.4 输入量 mc 的标准不确定度 = =0.00034（mg）15、灵敏系数的代入 由于 c(mA)=1 c(L)=ms /IS c(m )=1 c(mC )=L c(mA )u(mA )=0.15(mg) c(m)u(m)=0.006mg) c(mc)u(mc)=0.0034(mg) c(L)u(L)=0.042(mg) 其中 c(L)ud(L)=0.041(mg) c(L) u f (L)=0.0096(mg)16、分量不确定度汇总见下表不确定度分量来源标准不确定度u (xi)灵敏系数ci|ci | u (x i)(mg)1 与测量重复性有关的不确定度0.017(mg)10.0172 标准砝码引起的不确定度0.15(mg)10.153 空气浮力引起的不确定度0.006(mg)10.0064 衡量仪器引起的不确定度0.42(分度)0.10.042（1）由天平分辨率有关的不确定度0.41(分度)0.10.041（2）由天平线性漂移引起的不确定度0.096(分度)0.10.0105 由测分度值引起的不确定度0.00034(mg/分度)100.0034 -13-八、F1等级克组砝码标准装置测量不确定度评定17、装置的合成标准不确定度u2B类(mB)=u2(mA)+u2(mp)+C2(L)u2(L)+C2(mC )u2(mC) uB类(mB)=0.156mg u(mB)= =0.16(mg)18、装置的扩展标准不确定度扩展不确定度为U=2U(mB)=0.32(mg), 置信因子k=2 评估之三：检定 500g F2等级砝码5、主要仪器设备：5.1 砝码: 符号砝码类别级别标称值体积/密度折算质量修正值B被测砝码F 2 等级500g7.85g/cm3待测A标准砝码F 1 等级500g7.85g/cm30.0mgm s灵敏度砝码F 1 等级2mg7.85g/cm3 0.011mg5.2 所用天平名称型号实际分度值d 全量天平变动性P灵敏度砝码示值变化IsLB标准天平TG31B0.5mg1分度5.1分度10.06.0全量示值变动性示值（分度）一次二次三次四次五次六次4.24.04.34.54.34.46、A类标准不确定度分量评定A类标准不确定度是与天平测量重复性测量有关的不确定度分量。以最大称量 500g 为称量点，在相同条件下在天平上重复测量 6 次，根据bessel公式计算： 平均值 =4.28 (分度)单次测量的标准偏差 S= =0.17(分度) S=0.085(mg)则：天平测量重复性的标准不确定度uA类（mA）=0.085(mg)7、B类标准不确定度分量评定7.1 输入量mA的标准不确定度u(mA) 输入量mA为标准砝码的质量值。通过查规程可得F 1 等级500g砝码的扩展不确定度U =0.8mg (k=2), 可得输入量mB的标准不确定度评定如下： u(mA)=U/k=0.8/2=0.4(mg) 7.2 输入量m的标准不确定度u( m ) 输入量m为空气浮力修正值量，其标准不确定度可由空气浮力引起的最大偏差m max求得。查规程可知F 1 等级 500g 砝码的质量允差是2.5mg, F2等级500g砝码的质量允差是8.0mg。不锈钢材料的约定密度是7.85mg/cm3, 本试验室的空气密度（1.200.02）g/cm3, 则：m max =(500008-500002.5)0.02/7.85=0.014mg 该误差服从均匀分布，k=, 则输入量m的标准不确定度评定如下： u( m )=m max/=0.008(mg)7.3 输入量 L 的标准不确定度u(L)输入量 L 是与衡量仪器（天平）有关的量，有二个不确定度分量：7.3.1 由天平分辨率有关的不确定度 ud( L ) 由于该天平是四次读数, 又由于是两人进行 则: ud(L)= d/ 4 =0.25(分度)7.3.2 线性漂移引起的不确定度 ur( L )根据天平全量示值变动性p分析, 该天平分布为正态分布 k=3 则: uf ( L)= /2 (p/3) = p/6 = 0.096（分度） 7.3.3 输入量 L 的标准不确定度的合成u(L)= = 0.27(分度)7.4 输入量mc的标准不确定度 u( mC ) 输入量mc为所测天平实际分度值。根据数学模型：mC = ms /IS方差传递公式为：u2( mC )= c2( ms ) u2( ms )+c2( IS )u2 ( IS ) 式中：c( ms )=1/IS c( IS )=ms /IS2 则： u2(mC )=（1/IS）2 u2(ms)+（ms /IS2）2u2(IS ) =（1/IS2）u2(ms)+（ms2/IS4）u2(IS ) = ms2/IS2u2(ms)/ms2+u2(IS )/IS2 u( mC )=( ms/IS ) =（2.011/5.1） u(mC ) = 0.026( mg/ 分度 )8、灵敏系数的代入 由于 c( mA)=1 c(L)=ms /IS c( m )=1 c(mC )=L则： c(mA ) u(mA= 0.4mg) c(m ) u(m )=0.008(mg) c(mc ) u(mc )=0.104(mg) c(L ) u(L)=0.108(mg) 其中 c(L) ud(L)=0.1(m