近年來, 隨着中國合格評定國家認可委員會 (CNAS) 在全國範圍內推動計量技術機構實驗室能力驗證活動, 實驗室間的計量比對也越來越受到各級計量技術機構的重視, 而比對中不確定度的評定也越來越受到大家的重點關注。本文以電子台秤爲例, 介紹比對中主導實驗室的參考值測量不確定度分析, 其不確定度分析是建立在比對參考值采用主導實驗室首次測量和末次測量的平均值來確定的方式之上的, 即主導實驗室在各參比實驗室取走比對樣品之前進行首次測量, 在比對樣品返回主導實驗室之後進行末次測量, 取首、末次測量的平均值爲參考值。如果兩次測量值的差值超出最大允許誤差絕對值的二分之一, 則認爲該傳遞裝置異常, 主導實驗室須通知參比實驗室, 並更換一台傳遞裝置。

1 測量過程簡述

1.1 測量依據

依據JJG 539—1997《數字指示秤檢定規程》和相應的計量技術機構電子台秤比對工作實施細則進行測量。

1.2 測量環境條件

溫度:-10~+40℃。

1.3 測量標准

M1等級砝碼, 測量範圍: (0~15) kg;必須配備能測量數字示值化整誤差的0.1e的M1或以上等級的小片法碼至少10個。

1.4 被測對象

比對樣品:最大秤量爲15 kg, 檢定分度值爲5 g。

2 數學模型

用經檢定或校准的M1等級標准砝碼對電子台秤最大秤量點 (即15 kg秤量點) 進行多次測量, 利用小片砝碼確定閃變點, 可得到化整前的誤差:

式中,

E———電子台秤化整前的誤差;

P———電子台秤化整前的示值;

m———標准砝碼質量值。

3 靈敏系數

根據建立的測量數學模型, 靈敏系數c可由數學模型對輸入量求偏導數得到:

4 各輸入量的標准不確定度的評定

4.1 標准不確定度的A類評定

比對樣品測量重複性引起的標准不確定度分量爲u (P1) 。

在首次測試中, 用標准砝碼在重複性條件下, 對比對樣品在最大秤量15 kg點連續進行10次測量, 得到的測量值如表1所示。

表1 比對樣品15 kg秤量點的測試數據     下載原表

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測量平均值爲:

根據貝塞爾公式, 單次試驗的標准偏差

平均值的實驗標准差

4.2 標准不確定度的B類評定

4.2.1 比對樣品偏載誤差引起的標准不確定度分量u (P2) 的評定

4.2.2 電源電壓穩定度引起的標准不確定度分量u (P3) 的評定

4.2.3 溫度變化引起的標准不確定度u (P4) 的評定

4.2.4 砝碼引起的標准不確定度u (m) 的評定

本次試驗使用准確度等級爲M1的5 kg、10 kg砝碼各一個, 根據JJG 99—2006《砝碼》, 查表得到15 kg砝碼的擴展不確定度爲0.240 g、k=2, 則15 kg砝碼的標准不確定度

5 合成標准不確定及擴展不確定度

5.1 標准不確定度

標准不確定度彙總如表2所示。

表2 標准不確定度彙總     下載原表

5.2 合成標准不確定度的計算

各輸入量彼此獨立不相關, 所以合成標准不確定度

5.3 擴展不確定度

取包含因子k=2, 則擴展不確定度

5.4 測量不確定的報告與表示

根據JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》的要求, 比對樣品測量結果的擴展不確定度爲:U=1.7 g, k=2 (比對樣品15 kg秤量點) 。

6 參考值的測量不確定度

由于比對樣品的首次和末次測量是在同一檢定裝置上進行的, 兩次測量不確定度分量相同, 除測量重複性不同外, 其他因素都相同, 且6個比對樣品的測量重複性對合成標准不確定度影響很小, 因此可以得到首次測量的不確定度U1等于末次測量的不確定度U2, 即

因爲參考值取首次和末次測量值的平均值, 因此

則參考值的測量不確定度爲

在計算參考值的測量不確定度時, 考慮由于使用同一標准裝置對同一傳遞裝置進行測量, 不確定度正相關, 相關系數γ爲1。則上式可轉化爲:

根據上文的分析, 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量不確定度爲首次測量或末次測量的不確定度中的較大者。

7 結束語

參考值的測量不確定度是評價比對結果的重要因素, 是計量機構實驗室間比對活動的必需量, 其評定方法是否科學對于比對活動至關重要。比對中所采取的參考值的測量不確定度評定方法是依據參考值的確定方式而確定的, 本文中所采用的評定方法不僅對于采用主導實驗室首、末次測量值的平均值作爲參考值的比對方案適用, 對于采用其他方法確定參考值的比對方案也可借鑒。