昆山市拓恒機(jī)電有限公司
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江蘇省昆山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)
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近年來(lái), 隨著中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì) (CNAS) 在全國(guó)范圍內(nèi)推動(dòng)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證活動(dòng), 實(shí)驗(yàn)室間的計(jì)量比對(duì)也越來(lái)越受到各級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的重視, 而比對(duì)中不確定度的評(píng)定也越來(lái)越受到大家的重點(diǎn)關(guān)注。本文以電子臺(tái)秤為例, 介紹比對(duì)中主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的參考值測(cè)量不確定度分析, 其不確定度分析是建立在比對(duì)參考值采用主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室首次測(cè)量和末次測(cè)量的平均值來(lái)確定的方式之上的, 即主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在各參比實(shí)驗(yàn)室取走比對(duì)樣品之前進(jìn)行首次測(cè)量, 在比對(duì)樣品返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室之后進(jìn)行末次測(cè)量, 取首、末次測(cè)量的平均值為參考值。如果兩次測(cè)量值的差值超出最大允許誤差絕對(duì)值的二分之一, 則認(rèn)為該傳遞裝置異常, 主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室須通知參比實(shí)驗(yàn)室, 并更換一臺(tái)傳遞裝置。
1 測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)述
1.1 測(cè)量依據(jù)
依據(jù)JJG 539—1997《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》和相應(yīng)的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)電子臺(tái)秤比對(duì)工作實(shí)施細(xì)則進(jìn)行測(cè)量。
1.2 測(cè)量環(huán)境條件
溫度:-10~+40℃。
1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
M1等級(jí)砝碼, 測(cè)量范圍: (0~15) kg;必須配備能測(cè)量數(shù)字示值化整誤差的0.1e的M1或以上等級(jí)的小片法碼至少10個(gè)。
1.4 被測(cè)對(duì)象
比對(duì)樣品:最大秤量為15 kg, 檢定分度值為5 g。
2 數(shù)學(xué)模型
用經(jīng)檢定或校準(zhǔn)的M1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)電子臺(tái)秤最大秤量點(diǎn) (即15 kg秤量點(diǎn)) 進(jìn)行多次測(cè)量, 利用小片砝碼確定閃變點(diǎn), 可得到化整前的誤差:
式中,
E———電子臺(tái)秤化整前的誤差;
P———電子臺(tái)秤化整前的示值;
m———標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值。
3 靈敏系數(shù)
根據(jù)建立的測(cè)量數(shù)學(xué)模型, 靈敏系數(shù)c可由數(shù)學(xué)模型對(duì)輸入量求偏導(dǎo)數(shù)得到:
4 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定
比對(duì)樣品測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為u (P1) 。
在首次測(cè)試中, 用標(biāo)準(zhǔn)砝碼在重復(fù)性條件下, 對(duì)比對(duì)樣品在最大秤量15 kg點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行10次測(cè)量, 得到的測(cè)量值如表1所示。
表1 比對(duì)樣品15 kg秤量點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù) 下載原表
測(cè)量平均值為:
根據(jù)貝塞爾公式, 單次試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差
平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差
4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定
4.2.1 比對(duì)樣品偏載誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u (P2) 的評(píng)定
4.2.2 電源電壓穩(wěn)定度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u (P3) 的評(píng)定
4.2.3 溫度變化引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u (P4) 的評(píng)定
4.2.4 砝碼引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u (m) 的評(píng)定
本次試驗(yàn)使用準(zhǔn)確度等級(jí)為M1的5 kg、10 kg砝碼各一個(gè), 根據(jù)JJG 99—2006《砝碼》, 查表得到15 kg砝碼的擴(kuò)展不確定度為0.240 g、k=2, 則15 kg砝碼的標(biāo)準(zhǔn)不確定度
5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定及擴(kuò)展不確定度
5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度
標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示。
表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總 下載原表
5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
各輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān), 所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
5.3 擴(kuò)展不確定度
取包含因子k=2, 則擴(kuò)展不確定度
5.4 測(cè)量不確定的報(bào)告與表示
根據(jù)JJF 1059—1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求, 比對(duì)樣品測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為:U=1.7 g, k=2 (比對(duì)樣品15 kg秤量點(diǎn)) 。
6 參考值的測(cè)量不確定度
由于比對(duì)樣品的首次和末次測(cè)量是在同一檢定裝置上進(jìn)行的, 兩次測(cè)量不確定度分量相同, 除測(cè)量重復(fù)性不同外, 其他因素都相同, 且6個(gè)比對(duì)樣品的測(cè)量重復(fù)性對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度影響很小, 因此可以得到首次測(cè)量的不確定度U1等于末次測(cè)量的不確定度U2, 即
因?yàn)閰⒖贾等∈状魏湍┐螠y(cè)量值的平均值, 因此
則參考值的測(cè)量不確定度為
在計(jì)算參考值的測(cè)量不確定度時(shí), 考慮由于使用同一標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)同一傳遞裝置進(jìn)行測(cè)量, 不確定度正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)γ為1。則上式可轉(zhuǎn)化為:
根據(jù)上文的分析, U1≈U2, 可得u1≈u2, 則uref=u1或u2, Uref=U1或U2, 則uref=u1或u2。
因此得到的參考值的測(cè)量不確定度為首次測(cè)量或末次測(cè)量的不確定度中的較大者。
7 結(jié)束語(yǔ)
參考值的測(cè)量不確定度是評(píng)價(jià)比對(duì)結(jié)果的重要因素, 是計(jì)量機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)活動(dòng)的必需量, 其評(píng)定方法是否科學(xué)對(duì)于比對(duì)活動(dòng)至關(guān)重要。比對(duì)中所采取的參考值的測(cè)量不確定度評(píng)定方法是依據(jù)參考值的確定方式而確定的, 本文中所采用的評(píng)定方法不僅對(duì)于采用主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室首、末次測(cè)量值的平均值作為參考值的比對(duì)方案適用, 對(duì)于采用其他方法確定參考值的比對(duì)方案也可借鑒。
