E等级砝码技术报告

计量标准技术报告

计量标准名称 F1等级公斤组砝码标准装置

建立计量标单位 ·····················

计量标准负责人 ··········

筹建起止日期 二零一六年十二月

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……………………………………（7-14）

九、 计量标准的测量不确定度验证………………………（15）

十、 结论……………………………………………………（16）

十一、 附加说明…………………………………………（16）

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：

………　．．譬麓　黛　＿　嚣　

●●●●●●●●●●●●●●●●●　－　■　－　一　－　■　■　

●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●，■啊■■ＪＪ　ｒ■ｎ■＿－　ｒ】Ｉ■■ＪＪ■＇ＪＪ■仃　～删　

…　１　＾　＾　■…

　露　●●　●●１．●●●●●●●●●●●●●●●●●●　

Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ：●：●：；．．．：　Ｉ＝：：．．ｅ・・ｅ・ｏ・・ｃ・　：・・・・・・・・・　

式中：ｕＦ２￣ｌＯ－４ｐ。　＝１０－Ｓｐａ－ｌｐ。　

０ｐ　

警一３－４×１０ｒ。Ｋ—ｌｐ。　一１０－２，ｏ。　

根据实验室使用的测量空气密度所配备的设　

备情况，大气压力、温度、湿度三个气象参数仪　

器的测量标准不确定度分别为：　

Ｕｐ＝１４Ｐａ，　＝０．３℃，【　＝０．９％（ｋ＝２）　

由空气密度不确定度公式得到：ｕ（ｐａ）＝６．６Ｘ　

ｌＯ－４ｍｇ／ｃｍ。　

③空气浮力修正引入的标准不确定度　

、／（　（“　妒“　“（　等等等“　

式中：．ｏ　￣

ｍｎｔ

—ｅｓｔ

一　（ｍ　，ｐａ）＝２（ｖｅ　ｆ）（　妒一　

２　Ｌ　（ｍ　，　：一２ｐ　ｖ，＇ｅｆ　咖　

ｒ　ｃｊｐ。　。’　

由于标准砝码为奥氏体不锈钢砝码，而被检　

砝码为普通不锈钢砝码，因此取舻７．８５ｇ／ｃｍ　、　

ｐ　７．９５ｇ／ｃｍ３，从而得到数据值如表１所示。　

ｕｄ＝＼　ｄ／２

，ｌ×Ｉ　＝４．０８　ｘ　１０＿５ｍｇ　

③偏载引起的不确定度　

由于ＵＭＸ５的称盘很小，因此在进行相邻两　

次测量时，当两次标准砝码与被检砝码之间的示　

值差△，ｌ≠△　，可认为是由偏载造成的误差。　

一ｌＡ１１一△，　

“　—Ｔ　＝０．００３／２＝０．Ｏ０１５ｍｇ　

④灵敏度引起的不确定度　

采用　

等级砝码１０ｍｇ进行灵敏度测定，实　・・・・・・・・・・．．．：　：　．．：　：：．．．：：　：　：：Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●　

应用技术　砝码磁化率检测过程分析　摘要：本文详细分析了砝码磁化率检测过程　关键词：砝码检测分析　随着社会的进步和科学技术的发展，如　今机械天平已被逐步淘汰，电子天平在各行　业使用越来越广泛。我们在检测电子天平或　用电子天平来量值传递砝码时，发现砝码的　磁性会对电子天平的测量结果产生一定的影　响。为此，ＪＪＧ９９—２００６砝码检定规程中增加　了对砝码的磁性检测，下面就砝码磁性检测　做一个分析和探讨。　在ＪＪＧ９９—２００６中对砝码磁性的要求，主　要是通过两个技术指标来控制的，　最大极　化（磁化）强度ＹｏＭ和最大磁化率尤。（永　久）磁化强度是表述材料物体，如砝码，在　没有外界磁场中磁性状态的参数。磁化率是　指一种介质改变磁场的能力。砝码的磁性主　要是砝码在量值传递过程中或用砝码检定高　准确度等级电子天平时产生的作用力影响到　检测结果。只要砝码的磁性满足规程中的要　求，那么砝码和电子天平之间将不会引起值　的变化，由砝码磁性引起的不确定度的分量　也可以忽略不计。　砝码磁化率计是通过测量砝码在永久强　磁铁产生的磁场梯度中所受的磁力值，通过　计算公式来确定砝码的磁化率和永久磁化强　度。采用这种砝码，磁化率计的测量体积限　制在磁铁附近垂直上方工作面的一定范围　内，对于一些大的砝码，有必要让砝码在多　个位置上进行测量。当前国内使用的磁化率　计只有两个型号规格，两种产品的外观结构　不一样，但是它们的磁化率测量方法和软件　计算方法都是一样的。下面就砝码磁化率测　量过程及数据计算和操作过程中应注意的问　题做一个分析。　磁化率计应放在一个稳定防震的工作平　台上，由于磁化率计内部都有一台超微量质　量比较仪，因此，对实验室的环境要求比较　高；另外，在磁化率计周围不能有大块的铁　磁性物质和干扰磁场，实验员在作检测时，　应避免身上带有铁质的物品，坐的凳子最好　是木制的，夹砝码所用的镊子也必须是无磁　的，要尽量避免环境干扰对永久强磁铁产生　的磁场，如不注意以上问题，将直接影响到　测量的准确性。做完一切准备工作后，就可　进入测量过程。首先要确定被测砝码的准确　度等级和砝码底部与标准磁铁中心之间的距　离（Ｚｏ）。进行磁性测量时，被测砝码将处于一　个强磁场中，这样，被测砝码有被磁化的危　险性。在国际建议中对不同等级的砝码，所　处的最大磁场强度有明确的规定：Ｅ　等砝码　为２ｋＡ／Ｉ＂Ｉ１；Ｅ２等砝码为Ｏ．８ｋＡ／ｒｎ；其他等　级砝码为０．２ｋＡ／ｍ。为了降低最大磁场强度　对被测砝码的影响，有必要增大ｚ。的距离。　在国际建议中，推荐的最小距离为２０ｍｍ。：　梅特一勒托利多和塞多利斯产品ｚ。的距离都　大于２０ｍｍ。测量过程中，由于受到周围环境　以及天平本身特性的影响，在磁性检测过程　中数据会有漂移现象产生。为了避免漂移对　衡量结果的影响，建议在测量时采用ＡＢＢＡ　或ＡＢＡ的测量方法．来提高测量的准确度。　下面以检测一个标称质量为５００ｇＦ，等级　砝码的磁性为例，分析砝码磁性测量过程。　第一步：测量３个不同的参数（ｚ０、Ｒ　、　郭锐　孟子歆　新疆计量测试研究院新疆乌鲁木齐８３００００　巴州计量检定所　新疆　巴州８４１　０００　ｈ），Ｚｏ＝４０．９ｒａｍ，Ｒｗ＝１４．２ｍｍ，ｈ＝５０．５ｍｍ：　ｚ。一一砝码底部到磁铁中心的距离　ＲＷ一一砝码的半径　ｈ一一砝码的高度　第二步：将磁化率计（电子天平部分）　回零，将砝码轻放在工作台上，并且位于磁　铁（北极朝上）的正上方，待示值稳定后记　录下数值ｍｍ取下砝码等待示值稳定后记录　下空载数值，算出△ｍ…按以上方法（ＡＢＡ）　连续测量３次，再分别计算出Ａｍｌ２、ＡＩＴＩ１３，　最后算出质量变化的平均值△ＩＴＩ　，确定力Ｆ　一△ｍｌ×ｇ；　第三步：反转磁铁（北极朝下）连续测　量３次，按第二步的方法，计算出质量变化　的平均值△ｍ２，确定力Ｆ２＝一Ａｍ２Ｘｇ；　第四步：将各个参数带入下列公式中计　算出砝码磁化率　和永久磁化强度　。其中　要注意：力Ｆ．对应的值是在磁铁北极朝下时　测得的，力Ｆｚ对应的值是在磁铁北极朝上时　测得的。　磁化率：　，　瓦ｊ　其中：　×等　磁常　真　空中的磁导率）　ｏ＝４　Ｘ　１０　Ｎ／Ａ　。　Ｆ：盟　２　极化（磁化）　强度　Ｍ：　互　一志　其中：　：　＿二量，　是实验室内　大气中磁场的垂直分量，依据海拔的不同其　范围也不同，其符号是北半球为正，南半球　为负。　、　试中的几何修正因子Ｉ　和Ｉｂ分别为：　・一　１＋（Ｒ．　／Ｚ０）２＋　Ｉ＋（Ｒｗ　／Ｚ，）２　Ｉｂ＝２ｚｒ　（　，一　一陌　从以上公式中可以看出影响磁性结果的　参数有以下几个：　ｌ　以由质量比较仪读数算出　垦Ｉ　以由质量比较仪读数算出　７２　ｗｗｗ．ｓｐｙｚｌｚｚ．ｃｏｒｎ　商品与质量・学术观察　Ｒ　被测砝码半径　Ｚ。　被测砝码底部与标准磁铁中心之间的距　离　Ｚｌ　被测砝码顶部与标准磁铁中心之间的距　离（Ｚ。＋＾）　方法，即首先用长度工具测量从砝码底面（或　工作台面）到磁铁上表面之间的距离，再确　定磁铁中心的距离（测量出磁铁的高度，２），　两者相加即可得到ｚｏ的值；第二中方法为质　量测量的方法，是通过标准磁铁与磁化率已　知的样块之间的相互作用力反推出ｚ。的值。　使用第一种方法时要注意，测量砝码底面（或　工作台面）到磁铁上表面之间的距离时要尽　量轻推游标卡尺防止伤害超微量质量比较仪　的传感器，由于是用手来控制游标卡尺，产　生较大误差，所以要多次测量，算出其平均　值才可得到最后的结果。以上两种方法都可　以用，但它们之间存在一定的偏差。　现针对磁化率检测结果出现负值进行分　析。有一组标称质量为５００ｇＦ　等级砝码参数　如下：　Ａｍｌ＝－０．０４０ｍｇ　Ｆ＇＝３．９２１Ｘ１０　Ｎ　ＦＩ＝３．８２３ｘ１０＂Ｎ　△ｒ　２＝一０．０３８ｍｇ　Ｆ２＝３．７２５ｘ１０’　Ｎ　Ｆｂ＝０．９８ｘ１０＂ＳＮ　Ｒｗ＝２１．４ｍｍ　Ｆ　＝　４．９１５ｘ１０－５Ｎ　ｈ＝６３．５ｍｍ　Ｚｏ＝４０．９ｍｍ　Ｚｌ＝　Ｚｏ＋ｈ＝１０４．４ｍｍ　＝Ｏ．０１６８　／－ｔｏ　Ｍｚ＝＿０．６１６３　从磁化率的计算公式　一　中可以看出，当砝码　Ｉ　Ｘ　一０．４×　磁化率符合规程要求时公式中Ｉ　×　远大　于０．４×　，故可将０．４Ｘ　忽略，公式就变　化成　：　！　，公式中Ｆ　是正值，磁　×　化率的符号就由Ｆ　的正负决定，磁化率这个　词从定义上看应该是一个定量的词，是没有　方向的，但在大量的实验中，发现有少量的　砝码磁化率是负值，从公式中看，产生负值　的原因是由Ｆ　的正负决定的，。而Ｆ　的正负又　是Ｆ　和Ｆ２决定的。当Ｆ。和Ｆ：都是正值时，　磁化率兀肯定是正的；当Ｆｌ和Ｆ２都是负值　时，磁化率兀肯定是负的；当Ｆ１和Ｆ２的值　有正有负时，磁化率兀也会出现有正有负。　从物理学角度分析，当一种物质的磁化率　＞Ｏ时是顺磁性物质（容易被磁化的物质），　几＜０时是抗磁性物质，砝码通常采用金属　

术论文　Ｆ　１等级砝码测量结果不确定度评定　选用Ｅ２等级的标称值１００ｇ砝码为标准，对Ｆ１等级　的标称值ｌＯＯｇ砝码进行比对测量时，参照ＪＪＧ９９—２００６　《砝码》检定规程有关砝码不确定度的要求进行不确定　度的评定。　１、测量过程的标准不确定度ｕｗ（Ａ类）　用Ｅ２等级的标称值ｌＯＯｇ砝码测量Ｆ１等级的标称　值１００ｇ砝码１０次，得到的质量差值如下（ｒａｇ）：　测量次数　１　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　质量差值　０．４４　Ｏ．４４　０．４４　０．４４　０．４４　０．４４　Ｏ．４４　０．４４　０．４５　０．４５　平均值：西五＝　∑Ａｍ￣＝０．４４２ｍｇ　Ｉ１　ｉ＝１　单次测量标准差：　————　—————————一　ｓ（△ｍ（）＝Ｖ　，　（△　一ｋ－￣ｏ）　＿０．００４２ｍｇ　用同一砝码在不同时间各在重复性条件下连续测　量１０次，分别得到６组测量列，每组测量列分别按上述　方法计算，得到单次测量标准差如下（ｒａｇ）：　组次ｌ　１　２　３　４　５　６　标准差ｌ　０．００４２　０．００４１　０．００３８　０．００４６　０．００４１　０．００５３　合并样本标准差Ｓ　（Ａｌ１１ｃ）为：　．　厂——　———————一　ｓ　（△ｌｎｃ）　Ｖ　，　ｓｊ２（Ａ　ｒｎ￣）＿０．００４ｒａｇ　２、标准砝码的不确定度ｕ（ｍ　）（Ｂ类）　标准砝码的不确定度分量由下式计算得到：　Ｕ（ｍ　）＝、／（　）　＋ｕ　（ｎ　）　Ｖ　Ｋ　式中：ｕ一标准砝码被检定时的扩展不确定度，ｍｇ；　ｕ　（ｎ　）一标准砝码质量的稳定性引起的不确定度，ｍｇ。　在此，标准砝码扩展不确定度取最大值，即：Ｕ按砝　码质量允差的１／３计算，Ｕ＝０．０５ｍｇ，ｋ＝２。　标准砝码稳定性引起的不确定度，可根据历年的测　量结果，采用贝塞尔公式计算出来，表１为该砝码历次　检定的测量结果。　表１　两次检定测量结果表　测量时间（年）　２００３　２００４　ｚ。。ｓ　ｊ　ｚ。。６Ｉ　ｚ。。，ｌ　ｚ。。ｓ　ｌ　ｚ。。　质量修正值（ｍｇ）　一０．１　一Ｏ．２　一ｏ．　ｌ—ｏ．　Ｉ—ｏ．　Ｉ一。．　５　Ｊ一。．　５　口杨霞　ｒ————　———一——　ｓ　（‰）：＼／　。　（虬一　）　＇０．０３９ｍｇ　故标准砝码的不确定度为：　ｕ（ｒｏｄ＝、／（　）　＋（ｏ．０３９）　＝０．０４６ｍｇ　３、空气浮力修正的不确定度ｕｂ（Ｂ类）　检定规程中规定，当空气浮力引入误差不超过被测砝码　最大允许误差的１／９时，即ｍ　Ｉｃ　ｌ＝ｌ（Ｖ，－Ｖ　）×（Ｐ广Ｐ。）Ｉ＜　Ｉ　ＭＰＥ　ｌ／９时，可不进行空气浮力修正。　本次测量中，Ｅ　等级１００ｇ标准砝码体积及其不确　定度分别为Ｖ　１２．５０ｃｍ３，测量不确定度Ｕ（　＝　０．００３２ｃｍ３；被校１００ｇ砝码的体积Ｖ＝＝１２．７４８ｃｍ３，测量不　确定度ｕ（ｖ　）＝０．００３４ｃｍ　，此时，标准砝码的上一等级砝　码为Ｅ１等级砝码则ｖ　＝１２．５０ｃｍ　。当地（沈阳）空气密　度的平均值Ｐ　＝１．１９６ｍｇ／ｃｍ３，空气密度不确定度估算　为：ｕ（Ｐ　＝　＝０．０６９２８ｍｇ／ｃｍ３。　Ｖ　３　首先是要判断该被校砝码是否需要进行空气浮力修　正：Ⅱ　Ｉ　ｃ　Ｉ＝ｌ（１２．７４８—１２．５０）×（１．１９６—１　２）｝＝０．０００９９２ｍｇ　Ｆ。等级ｌＯＯｇ砝码最大允许误差Ｏ．５ｍｇ，该计算结果　小于被校砝码最大允许误差的１／９，无需进行空气浮力　修正，但浮力影响的不确定度贡献不能被忽略，即要将　此数据放入不确定度评定中。　根据公式：ｕｈ２：（ｖ　ｖ　）２ｕ　（Ｐ　）＋Ｐ　２　ｕ　（Ｖ　）＋ｕ　（ｖ　）＋２　３ｄｒ　ｎ￣　０　Ｐ　ｕ（　ｐ｜）＋２鲁　ｕ（　ｄｍ　ａ　ｄＩｎ　ｄＶ　其中，２　１盟　ｕ（ｍｄ，Ｐ　）＝２（ｖ　ｖ　）（ｖ　ｖ　）ｕ２（Ｐ　）　ｄｎｌｆｅｆ　０　Ｐ　ａ　２　Ｂ　ｎａ￣０…ｍ￣ｕ（　，　）一２　Ｐ　ｚｕ。（　）　ｏｍｒｅｆ　ｏ　Ｖ　ｒｅｆ　计算出空气浮力修正的标准不确定度为：　Ｕｔｂ２￣（１２．５０－１２．７８４）。Ｘ　０．０６９２８。＋１．１９６　×（０．００３４２　＋０．００３２　）＋２　Ｘ（１２．５Ｏ一１２．７８４）Ｘ（１２．５０—１２．５０）Ｘ　０．０６９２８２　－２　Ｘ　０．０６９２８　×０．００３２　＝０．０００３２６２８６　则空气修正的不确定度为：　ｕｂ＝、ｖ／　ｂ２＋（Ⅱ１ｄｃ）　＝Ｏ．０１８ｍｇ　４、衡量仪器的不确定度ｕ随（Ｂ类）　ｕｈ＝Ｖ￣＋ｕｇ＋ｕｄ＋ｕｄ　（１Ｊ衡量仪器灵敏度引起的不确定度ｕ。　假设天平在不同载荷下的重复性相同，此衡量仪器　灵敏度弓ｌ起的不确定度分量可忽略不计。