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F1等级500kg砝码标准装置的建立：

介绍500kgF1等级砝码标准装置的组成，并进行不确定度分析，说明该装置可以满足检定500kgF1等级砝码的要求，为建立500kgF1等级砝码标准装置提供理论和技术保证。500kgF1等级砝码标准装置的建立可以完善轨道衡计量量值传递系统，保障全国轨道衡计量量值传递系统的*可靠。

1概述

*轨道衡计量*是*质量*检验检疫总*授权的法定计量检定机构，承担全国动静态称量轨道衡的检定。为保证全国轨道衡的量值*统*，有必要建立500kgF1等级砝码标准装置（以下简称“标准装置”），完善量值传递系统，满足检定F1等级500kg砝码的要求，即整套标准装置的扩展不确定度小于或等于500kgF1等级砝码*大允许误差*值的1/3。标准装置的计量标准器由25块20kgF1等级标准砝码组成，可溯源到*计量**的E1等级砝码。

2标准装置的组成及有关条件要求

2.1计量标准器标准装置的计量标准器采用25块20kgF1等级标准砝码组合成500kg，每块砝码由*计量**检定，按组合后的折算质量修正值使用，组合后*大允许误差为±0.75g，材料为不锈钢。

2.2天平使用的天平为500kg3级电磁天平，其计量性能指标是：检定分度值为0.2g，实际分度值为0.02g，重复性为0.2g，*大秤量为500kg。

2.3测量依据标准装置的测量依据主要是JJG99—2006《砝码》、JJG98—2006《机械天平》和JJG1036—2008《电子天平》。

2.4环境条件

（1）温度：砝码的检定应在稳定的环境状况下，砝码的温度接近室温。

1. 检定时，温度变化为每4h*大变化2℃。
2. 相对湿度范围：30%～70%RH。
3. 相对湿度变化：每4h*大变化15%RH。

2.5测量对象标准装置的测量对象为500kgF1等级砝码，*大允许误差为±2.5g，材料为不锈钢。

2.6测量方法标准装置的测量方法为替代法，采用ABBA循环，A表示标准砝码，B表示被检砝码。

3不确定度分析评定

3.1数学模型使用标准装置测量砝码质量的数学模型为mt=mr+Δm。（1）式（1）中，mt为F1等级被测砝码的折算质量，kg；mr为F1等级标准砝码的折算质量，kg；Δm为被测砝码与标准砝码的平均质量差，kg。

3.2标准不确定度分量的评定根据数学模型分析，使用标准装置测量砝码质量的不确定度来源主要有4个方面，即测量重复性、标准砝码、空气浮力和天平。

3.2.1测量重复性引入的标准不确定度uw（m）t采用B类方法评定测量重复性引入的标准不确定度，可根据天平的示值重复性，即全称量示值重复性△p来确定。全称量示值重复性采用*差法计算，根据10次测量重复性时，采用*差法计算的结果与贝塞尔公式计算的单次测量标准偏差之间的系数为3的关系，此处△p取天平的分度值为0.2g，*以uw（m）t=1/3×△p=（1/3）×0.2≈0.067（g）。

3.2.2标准砝码引入的标准不确定度u（m）r标准砝码引入的标准不确定度对应于标准砝码质量mr的不确定度分量，计算公式为u（mr）=u02（mr）+uinst2姨（mr）。（2）式（2）中，u0（m）表示标准砝码检定时的标准不r确定度，g；uinst（m）表示标准砝码质量不稳r定性引起的标准不确定度，g。25块20kgF1等级标准砝码组合后的质量允差δ（m）为r±0.75g，依据砝码检定规程的规定，覆盖因子k取2，U为│δ（m）r│/3。*以，标准不确定度u0（m）为r│δ（m）r│/6。根据砝码检定规程，可以参考砝码相邻2个周期的检定结果之差不得超过该砝码*大允许误差的1/3来确定。

按照均匀分布考虑质量变化的*大值，即可得到砝码质量不稳定性引起的不确定度为uinst（mr）=m（rmax）-m（rmin）2姨3=uinst（mr）=0.75/32姨3≈0.072（g）。因此，标准砝码的不确定度u（m）为t0.144g。

3.2.3由空气浮力引入的标准不确定度ub（m）t在F1等级砝码的检定中，由于被检砝码与标准砝码都为不锈钢材料，相应的空气密度修正量相对于*大允许不确定度而言*般非常小，因此，*般不进行空气浮力修正。这时，通过估计空气浮力修正值的大小来评定该不确定度分量。空气密度采用当地的平均空气密度，不锈钢砝码材料密度范围为7800～8000kg/m3，因此，空气浮力引入的标准不确定度为ub（mt）=1姨3（Vt-Vr）×（ρa-ρ0）=1姨3×0.12×（5007800-5008000）≈0.111（g）。

3.2.4天平带来的标准不确定度uba（m）t3

.2.4.1天平分辨率引起的标准不确定度分量ud（m）t由于检定*用天平是数字显示电磁天平，实际分度值d为0.02g，因此由分辨率带来的标准不确定度为ud（mt）=d/2姨3×2≈0.008（g）。其中，因子姨2来自2次读数，*次为标准砝码，另*次为被检砝码。

3.2.4.2天平灵敏度引起的标准不确定度分量us（m）t在砝码检定时，采用灵敏度砝码ms，其标准不确定度为u（m），则由于天平灵敏度引起的s不确定度为u（smt）=（Δm）2u2（ms）ms2+u2（ΔIs）（ΔIs）姨││2≈Δm·δ天平3ms。（3）式（3）中，△Is为由于灵敏度砝码引起的天平示值的变化，g；u（△I）为s△Is的不确定度，其大小可根据天平的重复性△r来计算，为△r/3，g；在砝码检定时，Δm为被测砝码与标准砝码的平均质量差，*般不超过±0.8g；δ天平为天平的分度值，0.2g；灵敏度砝码ms采用1gF1等级砝码。u（smt）=0.8×0.23×1≈0.053（g）。3.2.4.3天平偏载引起的标准不确定度分量由于天平具有自动定心装置，此项分量可忽略不计。天平带来的标准不确定度uba（m）为uba（mt）=ud（2mt）+us2姨（mt）=0.0082+0.0532姨≈0.054（g）。

3.3合成标准不确定度由于各不确定度分量互不相关，合成标准不确定度可用下式计算。uc（mt）=uw2（mt）+u2（mr）+ub2（mt）+uba2姨（mt）=0.0672+0.1442+0.1112+0.0542姨≈0.20（g）。4扩展不确定度采用ABBA循环，可得到500kgF1等级砝码的测量结果。扩展不确定度U属正态分布，取k=2，500kgF1等级砝码质量扩展不确定度为U=k×u（cm）t=2×0.20=0.40（g）。U=0.40g（∧1/3）×MPEV=（1/3）×2.5g=0.83g。

5结语

通过上述分析和计算，500kgF1等级砝码质量的扩展不确定度小于其*大允许误差*值的1/3，证明标准装置满足检定F1等级砝码的要求，并可为建立500kgF1等级砝码标准装置提供理论和技术保证。500kgF1等级砝码标准装置的建立可以完善轨道衡计量量值传递系统，保证全国轨道衡量值传递系统的量值*可靠。

F1等级500kg砝码标准装置的建立