容重器測量結(jié)果不確定度評定

龍鋒 黃龍飛 韋小華

柳州市計量技術(shù)測試研究所 廣西 柳州 545006

引言

容重器測量不確定度是指測量結(jié)果的不確定性或誤差范圍，反映的是測量結(jié)果的可信程度。雖然目前采用的容重器在測量結(jié)果方面能夠反映相關(guān)情況，但在可靠性方面還有待提升。并且，應(yīng)用場景的多樣化也需要對容重器測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行科學(xué)評定，以指導(dǎo)相關(guān)實踐?；诖耍剿魅葜仄鳒y量結(jié)果不確定度的評定方法，就成為重點內(nèi)容。

1 容重器測量概述

1.1 測量環(huán)境

此次容重器測量的溫度為（20±5）℃，室溫變化不得大于1℃/h。

1.2 測量標(biāo)準(zhǔn)

此次容重器測量中，二等標(biāo)準(zhǔn)玻璃量器1000mL，A級分度吸量管2mL，F(xiàn)2等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼10mg～2kg，深度游標(biāo)卡尺，外徑千分尺，內(nèi)徑百分表。

1.3 測量方法

此次測量主要使用兩種方法。第一種是采用容量比較法進(jìn)行檢定，這種方法可以準(zhǔn)確測量物體的密度或比重，并為容重器的準(zhǔn)確性提供參考數(shù)據(jù)[1]。第二種是采用幾何測量法進(jìn)行檢定，這種方法具有適用性廣泛、精確性高、不受液體限制、可重復(fù)性強等優(yōu)勢。

1.4 被檢對象

容重器GHCS-1000型。

2 容重器測量結(jié)果評定模型

在此次容重器測量結(jié)果評定中，主要選擇使用以下模型：

2.1 方差和靈敏系數(shù)的確定

首先，根據(jù)下面公式得出靈敏系數(shù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析

2.2.1 容量筒容積的不確定度u(V)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)玻璃量器引入的不確定度

①誤差引入分析。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在假設(shè)服從三角分布的情況下，計算出的不確定度：

②變動性引入分析。表1是在重復(fù)性條件下10次連續(xù)定容測量的結(jié)果。

表1 測量結(jié)果（單位：mL）

由貝塞爾公式得到標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

據(jù)此進(jìn)一步計算出平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

③溫度系數(shù)引入分析。在此次研究中，考慮到液體體積膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于玻璃的實際情況，只對水的體積變化進(jìn)行考慮[3-4]。最終計算出溫度系數(shù)引入的不確定度為：

根據(jù)上述計算結(jié)果，這里可以計算出標(biāo)準(zhǔn)玻璃量器引入的不確定度為：

（2）分度吸量管引入的不確定度。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確，在假設(shè)服從三角分布的情況下，計算出：

（3）容量筒容積引起的不確定度。

根據(jù)上述計算結(jié)果，這里可以計算出：

2.2.2 幾何法測量容量筒容積不確定度評定。這里計算使用的公式為：

2.2.3 不確定度分量的來源和評定。

①測量重復(fù)性引入分析。表2是在重復(fù)性條件下對容量筒內(nèi)徑連續(xù)10次測量所得出的結(jié)果。

表2 測量結(jié)果（單位：mm）

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，這里可以得出實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

進(jìn)而得出：

②內(nèi)徑百分表示值誤差引入分析。計算得出：

③內(nèi)徑百分表讀數(shù)（估讀誤差）引入分析。計算得出：

④內(nèi)徑百分表調(diào)整量塊引入分析。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可得內(nèi)徑百分表的調(diào)整用88.5mm四等量塊長度變動量最大允許誤差對應(yīng)測量不確定度為：=0.0004mm。

①輸入量引入分析。

深度游標(biāo)卡尺重復(fù)性引入分析。表3是在重復(fù)性條件下對容量筒頂部到排氣錘高度進(jìn)行連續(xù)10次測量的結(jié)果。

表3 測量結(jié)果（單位：mm）

結(jié)合表3的數(shù)據(jù)，可以計算出：

深度游標(biāo)卡尺示值誤差引入分析。計算得出：

深度游標(biāo)卡尺讀數(shù)(估讀誤差）引入分析。計算得出：

深度游標(biāo)卡尺重復(fù)性引入分析。表4是在重復(fù)性條件下進(jìn)行10次測量得到的結(jié)果。

表4 測量結(jié)果（單位：mm）

（3）輸入量H3引入分析。

①外徑千分尺重復(fù)性引入分析。

表5是在重復(fù)性條件下對插片厚度連續(xù)進(jìn)行10次測量的結(jié)果。

表5 測量結(jié)果（單位：mm）

表6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

根據(jù)表5測量的結(jié)果，可以計算出實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差=0.015mm，進(jìn)而計算出

②外徑千分尺示值誤差引入分析。

③外徑千分尺讀數(shù)(估讀誤差)引入分析。

（4）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定。

①標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總。

②合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算。

2.2.3 容量秤測量引起的不確定度。

表7是在重復(fù)性條件下1kg稱重量點進(jìn)行10次試驗得到的結(jié)果。

表7 測量結(jié)果（g）

（2）標(biāo)準(zhǔn)砝碼引起的不確定度分量。

對于1kg 測量點，F(xiàn)2等級1kg砝碼的最大允許誤差MPE為：16mg，則其擴展不確定度為：則其擴展不確定度為：。

（4）容量秤合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

2.3.1 容量比較法標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表（如下表8所示）。

表8 容量比較法標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

2.3.2 幾何測量法標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表，如表9所示。

表9 幾何測量法標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

2.4 容重器的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以容積比較法測量容量筒時，容重器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

則以幾何測量法測量容量筒時，容重器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.5 擴展不確定度的評定

以容積比較法測量容量筒時，容重器的擴展不確定度為：

以幾何測量法測量容量筒時，容重器的擴展不確定度為：

3 結(jié)束語

綜上所述，文章采用設(shè)計的評定模型，對以容積比較法和幾何測量法兩種方法測量的容重器結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評定，得出了相應(yīng)的結(jié)果，這種評定方法為其他相似的容重器測量結(jié)果不確定度評定提供了相關(guān)內(nèi)容參考。