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F1等級500kg砝碼標準裝置的建立：

介紹500kgF1等級砝碼標準裝置的組成，并進行不確定度分析，說明該裝置可以滿足檢定500kgF1等級砝碼的要求，為建立500kgF1等級砝碼標準裝置提供理論和技術保證。500kgF1等級砝碼標準裝置的建立可以完善軌道衡計量量值傳遞系統(tǒng)，保障全國軌道衡計量量值傳遞系統(tǒng)的*可靠。

1概述

*軌道衡計量*是*質量*檢驗檢疫總*授權的法定計量檢定機構，承擔全國動靜態(tài)稱量軌道衡的檢定。為保證全國軌道衡的量值*統(tǒng)*，有必要建立500kgF1等級砝碼標準裝置（以下簡稱“標準裝置”），完善量值傳遞系統(tǒng)，滿足檢定F1等級500kg砝碼的要求，即整套標準裝置的擴展不確定度小于或等于500kgF1等級砝碼*大允許誤差*值的1/3。標準裝置的計量標準器由25塊20kgF1等級標準砝碼組成，可溯源到*計量**的E1等級砝碼。

2標準裝置的組成及有關條件要求

2.1計量標準器標準裝置的計量標準器采用25塊20kgF1等級標準砝碼組合成500kg，每塊砝碼由*計量**檢定，按組合后的折算質量修正值使用，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級電磁天平，其計量性能指標是：檢定分度值為0.2g，實際分度值為0.02g，重復性為0.2g，*大秤量為500kg。

2.3測量依據標準裝置的測量依據主要是JJG99—2006《砝碼》、JJG98—2006《機械天平》和JJG1036—2008《電子天平》。

2.4環(huán)境條件

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

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

2.5測量對象標準裝置的測量對象為500kgF1等級砝碼，*大允許誤差為±2.5g，材料為不銹鋼。

2.6測量方法標準裝置的測量方法為替代法，采用ABBA循環(huán)，A表示標準砝碼，B表示被檢砝碼。

3不確定度分析評定

3.1數(shù)學模型使用標準裝置測量砝碼質量的數(shù)學模型為mt=mr+Δm。（1）式（1）中，mt為F1等級被測砝碼的折算質量，kg；mr為F1等級標準砝碼的折算質量，kg；Δm為被測砝碼與標準砝碼的平均質量差，kg。

3.2標準不確定度分量的評定根據數(shù)學模型分析，使用標準裝置測量砝碼質量的不確定度來源主要有4個方面，即測量重復性、標準砝碼、空氣浮力和天平。

3.2.1測量重復性引入的標準不確定度uw（m）t采用B類方法評定測量重復性引入的標準不確定度，可根據天平的示值重復性，即全稱量示值重復性△p來確定。全稱量示值重復性采用*差法計算，根據10次測量重復性時，采用*差法計算的結果與貝塞爾公式計算的單次測量標準偏差之間的系數(shù)為3的關系，此處△p取天平的分度值為0.2g，*以uw（m）t=1/3×△p=（1/3）×0.2≈0.067（g）。

3.2.2標準砝碼引入的標準不確定度u（m）r標準砝碼引入的標準不確定度對應于標準砝碼質量mr的不確定度分量，計算公式為u（mr）=u02（mr）+uinst2姨（mr）。（2）式（2）中，u0（m）表示標準砝碼檢定時的標準不r確定度，g；uinst（m）表示標準砝碼質量不穩(wěn)r定性引起的標準不確定度，g。25塊20kgF1等級標準砝碼組合后的質量允差δ（m）為r±0.75g，依據砝碼檢定規(guī)程的規(guī)定，覆蓋因子k取2，U為│δ（m）r│/3。*以，標準不確定度u0（m）為r│δ（m）r│/6。根據砝碼檢定規(guī)程，可以參考砝碼相鄰2個周期的檢定結果之差不得超過該砝碼*大允許誤差的1/3來確定。

按照均勻分布考慮質量變化的*大值，即可得到砝碼質量不穩(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，標準砝碼的不確定度u（m）為t0.144g。

3.2.3由空氣浮力引入的標準不確定度ub（m）t在F1等級砝碼的檢定中，由于被檢砝碼與標準砝碼都為不銹鋼材料，相應的空氣密度修正量相對于*大允許不確定度而言*般非常小，因此，*般不進行空氣浮力修正。這時，通過估計空氣浮力修正值的大小來評定該不確定度分量?？諝饷芏炔捎卯?shù)氐钠骄諝饷芏?，不銹鋼砝碼材料密度范圍為7800～8000kg/m3，因此，空氣浮力引入的標準不確定度為ub（mt）=1姨3（Vt-Vr）×（ρa-ρ0）=1姨3×0.12×（5007800-5008000）≈0.111（g）。

3.2.4天平帶來的標準不確定度uba（m）t3

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

3.2.4.2天平靈敏度引起的標準不確定度分量us（m）t在砝碼檢定時，采用靈敏度砝碼ms，其標準不確定度為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，其大小可根據天平的重復性△r來計算，為△r/3，g；在砝碼檢定時，Δm為被測砝碼與標準砝碼的平均質量差，*般不超過±0.8g；δ天平為天平的分度值，0.2g；靈敏度砝碼ms采用1gF1等級砝碼。u（smt）=0.8×0.23×1≈0.053（g）。3.2.4.3天平偏載引起的標準不確定度分量由于天平具有自動定心裝置，此項分量可忽略不計。天平帶來的標準不確定度uba（m）為uba（mt）=ud（2mt）+us2姨（mt）=0.0082+0.0532姨≈0.054（g）。

3.3合成標準不確定度由于各不確定度分量互不相關，合成標準不確定度可用下式計算。uc（mt）=uw2（mt）+u2（mr）+ub2（mt）+uba2姨（mt）=0.0672+0.1442+0.1112+0.0542姨≈0.20（g）。4擴展不確定度采用ABBA循環(huán)，可得到500kgF1等級砝碼的測量結果。擴展不確定度U屬正態(tài)分布，取k=2，500kgF1等級砝碼質量擴展不確定度為U=k×u（cm）t=2×0.20=0.40（g）。U=0.40g（∧1/3）×MPEV=（1/3）×2.5g=0.83g。

5結語

通過上述分析和計算，500kgF1等級砝碼質量的擴展不確定度小于其*大允許誤差*值的1/3，證明標準裝置滿足檢定F1等級砝碼的要求，并可為建立500kgF1等級砝碼標準裝置提供理論和技術保證。500kgF1等級砝碼標準裝置的建立可以完善軌道衡計量量值傳遞系統(tǒng)，保證全國軌道衡量值傳遞系統(tǒng)的量值*可靠。

F1等級500kg砝碼標準裝置的建立