不确定度分析培训--6 砝码测量不确定度分析

示
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的永久极化强度
砝码等级 E1 2.5 2 E2 8 6.4 F1 25 20
砝码磁性
F2 80 64 M1 250 200 M12 500 400 M2 800 640 M23 1600 1280 M3 2500 2000
0M (T)
(A/m)
砝码的磁化率
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的定义
E1等级砝码：原工作基准等级砝码，用于检定传递E2等级砝码
和相应的衡量仪器；也可与相应的衡量仪器配套使用。
E2等级砝码：检定传递F1等级及其以下的砝码和相应的衡量仪
器；也可与相应的衡量仪器配套使用。
F1等级砝码：检定传递F2等级及其以下的砝码和相应的衡量仪
级---是按照示值误差来分的，即级砝码没有修正值，只要其
示值误差在此范围内都认为合格的
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第六章 砝码测量不确定度分析
JJG 99的定义
等砝码、级砝码与等级砝码
JJG99-1990规程：
两个等 (一等、二等)， 九个级 (E1级、E2级、F1级、F2级、M1级、M11级、M2级、M22 级、O级)； JJG99-2006规程： 九个等级 (E1等级、E2等级、F1等级、F2等级、M1等级、M12等 级、M2等级、M23等级、M3等级)，其中包括原工作基准砝码。
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第六章 砝码测量不确定度分析 交换衡量法
也叫高斯衡量法。在天平的左右两盘中分别将被称物体和标准砝码 进 行 “位置交换”称量的方法,以消除天平左右臂不等的误差影响.有单 次交换和双次交换之分.我国主要采用单次交换衡量法.
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码标记
线状毫克砝码可以无须在砝码体上做标记。
E1等级砝码：100mg以上砝码体上标记器号及准确度等级。器
号为三位阿拉伯数字或英文大学字母；
E2等级砝码：100mg以上砝码体上标记器号及准确度等级。器
号为四位阿拉伯数字或英文大写字母；
F等级砝码：器号不做强制性规定，但需标记砝码标称值；
衡量仪器配套使用。
M3等级、M12、M23等级砝码：检定传递相应的衡量仪器；也可与相应
衡量仪器配套使用。
专用砝码：由于特殊用途而生产的砝码，和由质量单位导出的其它
量值单位的砝码。
检定衡量仪器时，如使用砝码实际质量值，则其扩展不确定度不得
超过载荷点下MPE的1/3；如使用砝码标称值，则砝码的MPE不得超过载 荷点下MPE的1/3.
器；也可与相应的衡量仪器配套使用。
F2 等级砝码：检定传递 M1 等级、 M12 等级及其以下的砝码和相
应的衡量仪器；也可与相应衡量仪器配套使用。
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第六章 砝码测量不确定度分析
M1等级砝码：检定传递M2等级、M23等级及其以下的砝码和相应的衡
量仪器；也可与相应衡量仪器配套使用。
M2等级砝码：检定传递M3等级砝码和相应的衡量仪器；也可与相应
替代衡量法
将选定的且已知其值的样品或砝码替代被称载荷的重量,并使 指示装置具有相同效应的一种称量方法,也叫做波尔达（Borda）称 量法。---它属于精密衡量法，可以消除不等臂误差的影响。
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第六章 砝码测量不确定度分析
替代衡量法利用已知的砝码替代未知的载荷，单盘天平就是运 用替代衡量法而设计的天平。当天平盘上未放被称物时，天平盘上方 的所有机械挂砝码都处于加载状态，当天平盘上放上被称物时，为了 保持天平横梁的原有平衡状态，就得减掉等于被称物质量的砝码。由 此看来，承重刀刃的总载荷始终不变，这样，天平的灵敏度保持不变 。因为始终只用了一个杠杆臂称量，不等臂误差在这里也就不存在了 。这就是只有一个秤盘的双刀替代式不等臂杠杆天平的优点。在单盘 高精密天平上，人们继续不断地增加新的附加装置，其中值得提及的 有 : 预称装置 ( 又叫粗称装置 ) ；机械与光学相结合的数字并列完全直 读装置；去皮(容器质量扣除)装置等。预称装置的称量结果就是为精 称提供的施加(实际上是减去)的砝码质量值。预称保证精称一次把砝 码加(实际上是减)准。由于上述这些装置，单盘高精密天平变成了操 作起来极为方便适用的仪器。
砝码序列：
砝码质量标称值：1*10nkg; 或2*10nkg; 或5*10nkg。
砝码组的序列：新生产砝码,优先选择(1，2，2，5)*10nkg。
一组砝码可以包括多个标称值相同的砝码。例如，用于 检定天平、衡器鉴别力时所使用的砝码；对衡量仪器凑整时 所使用的砝码，等等
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第六章 砝码测量不确定度分析
的要求。
砝码材质种类:铂铱合金；JF1不锈钢；无磁不锈钢；奥氏体不锈钢；
铜合金；铝合金；钛合金；铸钢、铸铁等材料。
选料时必须具备以下特点： ① 材料在物理和化学方面的稳定性满足相应准确度等级砝码的要求, 不受周围介质的腐蚀； ② 具有良好的抗磁性,磁化率要小,对磁场作用不敏感； ③ 有一定的硬度,坚固、耐磨； ④ 材料的组织紧密,无空隙,避免吸收水蒸汽及有害气体而造成腐蚀; ⑤ 材料密度尽可能接近8.0g/cm3，减少空气浮力的影响。
值。
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第六章 砝码测量不确定度分析 折算质量 折算质量值mc
折 算 质 量 ,即折算质量值： 一
物体在约定温度和约定密度的空
气中,与一约定密度的标准器达到
平衡,即标准器的质量即为该物体
的 折 算 质 量 . 约 定 温 度 (tref)为 真空中质量值m
20℃;约定的空气密度(ρ0)为1.2 kg/m3;砝码折算质量的约定密度 (ρref)8000kg/m3.折算质量值mc 与真空中质量值m的关系式如左所
不确定度分析培训教程六
第六章 砝码测量不确定度分析
Prepared by: fjhuang Oct.15, 2016
第六章 砝码测量不确定度分析
1.前言
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码
天平上作为质量标准的物体，通常为金属块
或金属片，可以用作称量较精准的质量。
放在天平的一端作为重量标准的金属块或金
名称；准确度等级；生产厂名；砝码器号 ( 无器号时， 不设此标记)；质量范围；砝码个数；砝码材料密度范围；
砝码材料；出厂日期。
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的衡量方法比例称量法来自也叫直接称量法，将天平调整到零位后，样品放在秤盘上并可
读出质量(砝码)、也可由天平指示器的位置来确定质量的方法。--这种方法多对准确度要求不高的称量用，有等臂误差的影响
属片，大小不一，各有一定重量。
具有给定质量和规定形状的实物量具。供检
定衡器和在衡器上进行衡量时使用。砝码必 须与天平或秤相结合（用于秤上的砝码常称 为砣），才能用于测定其他物体的质量，故 它是一种从属的实物量具。
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的精度
划分砝码精度有两种：按级划分和按等划分。 等与级的区别在于： 等---是按照不确定度来分的，即等砝码有修正值，
E1等级砝码的修正值的绝对值，不得超过其|MPE|。 对于给出修正值砝码，其修正值的位数应与其不确定度的位
数取得一致。参看JJG99-2006规程的“附表1”.
砝码稳定性的要求：相邻两个周期的检定结果之差，不得超
过MPE的1/3。
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的材料
不同准确度等级的砝码应采用金属或合金制造，以满足砝码稳定性
质量最大允许误差
JJG99-2006 规程中规定，除了附录 G 和 1.3.9 条款的专用砝码
以外，各准确度等级的砝码，首次检定、后续检定的折算质
量的MPE都不得超过规程中表1的要求
如果砝码的标称值在表1中没有，可用表1中已有的质量标称
值累加得到，其质量 |MPE| 也由相应的 |MPE| 累加得到。如： F1等级的25g砝码的|MPE|是由F1等级的20g和5g砝码累计得到， 即0.41mg。
名词与术语
砝码的实际质量：
砝码的真正质量 , 也叫砝码的约定真值 . 它是砝码经过
相应准确测定后所确定的质量实际值； 砝码的真空质量：
砝码在真空中测定的真实质量(即引力质量)；
砝码的折算质量：
把实际的砝码统一换算为材料密度为 8×103kg/m3 ，且
严格在 1.2kg/m2 的空气密度下衡量得到的质量 , 故又称其为
E1 等级及其以下等级砝码：利用砝码，可以复现某一固定的
质量值，也可以复现大小不同的一组质量值。
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第六章 砝码测量不确定度分析
计量单位/砝码序列
使用的单位：
质量:微克(μg),毫克(mg)、克(g)、公斤(kg)、吨(t)、
密度:公斤/立方米(kg/m3)；克/立方厘米(g/cm3)；毫克/立方 厘米(mg/cm3) .
值不得超过|MPE|的1/3。 （5.3.1条款）
后续检定砝码的质量控制：除 E1 等级砝码外，被测砝码修正
值的绝对值与其扩展不确定度之和不得超过该砝码的|MPE|。
（5.3.2条款）
增砣 (含标准增砣)，对于新生产和修理后的砝码，还要满足
正修正值的要求。（5.3.3条款）
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第六章 砝码测量不确定度分析
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第六章 砝码测量不确定度分析
基准
国际质量基准：是直径与高相等的直圆柱体砝码，保存在法
国巴黎的国际计量局 (BIPM) ，为目前唯一的实物基准，其真 空中质量值被定义为1kg。
国家质量基准：是直径与高相等的直圆柱体砝码，编号：60；
作证基准编号： 64 ，保存在中国计量科学研究院。它们定期 向国际质量基准溯源，采用真空质量表示。在 1989 年到 1992
砝码等级
m 1g
E1
0.25
E2
0.9
F1
10
F2

2g m 10g
20g m
0.06
0.02
0.18
0.07
0.7
0.2
4
0.8
当砝码的磁性 (永久极化强度和磁化率) 均未超过上述最大允
许误差的要求时，则作不确定度评定时，由于砝码磁性引起的不 确定度分量可以忽略不计。
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码密度 (体积)
砝码的材料密度应满足如下条件：空气密度，相对于
1.2mg/cm3 ，变化量在 10% 的情况下，所引起的误差不应超过 质量最大允许误差的1/4.
空气密度偏移量的修正：如果 m0|C|=|(a1.2)*(Vt Vr)| 小
于该砝码最大允许误差的九分之一，该砝码无须进行空气浮 力修正，而要将此部分量值放入空气浮力不确定度进行计算。 （C－空气浮力的修正因子）
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的结构
砝码形状 :
园锥体、形锁式、圆柱型、长方型，滚动型、挂
勾式、板形、片形、圈（环）形、骑形、条（棒）形
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码盒及铭牌
同组砝码具有相同的准确度等级； 砝码盒对砝码表面不会造成划伤； 砝码盒应足够坚固，不易变形； 铭牌的主要内容：
“换算质量”或“统一名义密度质量”；
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第六章 砝码测量不确定度分析
砝码的标称值：
又称砝码的名义值。是在砝码上标明的质量值.
砝码的修正值：
是指砝码的实际质量值与标称值之差； 砝码的质量允差(MPE)： 是指砝码检定规程中所允许的最大误差极限值； 砝码的器差： 是指砝码的标称值与实际质量值之差。它等于负的修正
年的第三次周期比对中，得到的测量结果合成标准不确定度
为2.3g。每五年向国家公斤副基准砝码传递质量量值。
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第六章 砝码测量不确定度分析
国家公斤副基准：是直径与高相等的直圆柱体砝码，磁化率
小于0.0004 ，材料密度为 (80008) kg/m3，用于检定 E1 等级 砝码。其质量值同时采用真空质量和折算质量表示。
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第六章 砝码测量不确定度分析 M 等级砝码：参照 JJG99-2006 规程中附录 A—不同形状和尺寸 的图例中的图示来标记砝码。 注 : 一组砝码中，如果有两个，或三个同一标称值的砝码，
应用一个或两个星形，或点，或数字给予区别；如果是线状
砝码，应用一个或两个钩给予区别；
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第六章 砝码测量不确定度分析
被 检 砝 码 的 扩 展 不 确 定 度 不 得 超 过 其 |MPE| 的 1/3 ， 既 ：
U1/3|MPE|，并且，覆盖因子k=2（5.2条款）。
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第六章 砝码测量不确定度分析
首次检定及修理后砝码的质量控制：除 E1 等级砝码外，所有
等级砝码的正修正值不得超过 |MPE| 的 2/3 ，负修正值的绝对