砝碼磁化率量值比對(duì)及不確定度分析
摘要] 砝碼是種能復(fù)現(xiàn)給定質(zhì)量值的實(shí)物量具，具有定的物理特性和計(jì)量特 性，本文詳細(xì)介紹了砝碼物理特性磁化率的測(cè)量及測(cè)量數(shù)據(jù)不確定度分析
砝碼作為質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)中的實(shí)物量具，隨著JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程的頒布實(shí)施，對(duì)各個(gè)等級(jí)砝碼的磁化率提出了要求，我對(duì)于砝碼的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求與OIML建議R111保持致。由于砝碼的磁性性能成為影響稱量準(zhǔn)確度的重要因素，對(duì)砝碼磁性的控制顯得尤其重要。
本文通過對(duì)砝碼磁性參數(shù)磁化率的測(cè)量與不確定度分析，研究影響磁性測(cè)量結(jié)果的因素，提出如何選取磁化率測(cè)量設(shè)備。目前我約有近二十家省級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)已經(jīng)擁有不同的測(cè)量砝碼磁性裝置并開展測(cè)量工作。由于砝碼磁性測(cè)量在內(nèi)屬于剛剛開展的項(xiàng)目，家對(duì)磁性測(cè)量裝置的認(rèn)識(shí)以及對(duì)磁性測(cè)量方法、不確定度分析的理解還有待深入認(rèn)識(shí)，為確保磁化率等指標(biāo)的測(cè)量準(zhǔn)確致，在全范圍內(nèi)開展砝碼磁性測(cè)量量值比對(duì)工作，具有十分重要的意義。
、參比實(shí)驗(yàn)室 中計(jì)量科學(xué)研究院為本次比對(duì)的主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室保存著我的質(zhì)量基準(zhǔn)，即：1kg質(zhì)量基準(zhǔn)砝碼，并多次代表我參加了自1996年起CIPM多次組織質(zhì)量基準(zhǔn)砝碼和倍量、分量砝碼的關(guān)鍵性比對(duì)，比對(duì)結(jié)果令人滿意，表明中計(jì)量科學(xué)研究院有能力承擔(dān)此次比對(duì)的主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室工作。鑒于擁有砝碼磁性測(cè)量裝置的實(shí)驗(yàn)室才能夠參加比對(duì)工作，共有18個(gè)參比實(shí)驗(yàn)室。我所力學(xué)實(shí)驗(yàn)室是參比實(shí)驗(yàn)室之。
二、比對(duì)測(cè)量方法、不確定度評(píng)定依據(jù)比對(duì)測(cè)量方法依據(jù)JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程，不確定度評(píng)定依據(jù)JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。
三、比對(duì)所用測(cè)量設(shè)備 砝碼磁性測(cè)量設(shè)備采用梅特勒公司生產(chǎn)的MX型磁化率計(jì)。
四、比對(duì)環(huán)境條件 溫度20℃±0.5℃，相對(duì)濕度55%±10%。
五、砝碼磁性測(cè)量原理及測(cè)量步驟簡(jiǎn)述 1.測(cè)量裝置 砝碼磁性測(cè)量裝置如圖1所示。其中： h=砝碼的高度； 砝碼磁化率量值比對(duì)及不確定度分析
U2———標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室參考值的測(cè)量不確定度 當(dāng)En≤1時(shí)，其比對(duì)結(jié)果為滿意，當(dāng)En＞1時(shí)，其比對(duì)結(jié)果為不滿意。
我所砝碼磁化率測(cè)量結(jié)果與主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的參考值接近且En＜1，測(cè)量不確定度評(píng)定合理，比對(duì)結(jié)果滿意。
六、總結(jié)
目前我約有近二十家省級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)已經(jīng)擁有不同的測(cè)量砝碼磁性裝置并開展測(cè)量工作。由于砝碼磁性測(cè)量在內(nèi)屬于剛剛開展的項(xiàng)目，家對(duì)磁性測(cè)量裝置的認(rèn)識(shí)以及對(duì)磁性測(cè)量方法、測(cè)量結(jié)果不確定度的分析還有待深入認(rèn)識(shí)，通過比對(duì)有以下幾點(diǎn)體會(huì)。
1.隨著JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程的頒布實(shí)施，越來越多的檢測(cè)機(jī)構(gòu)和砝碼生產(chǎn)企業(yè)購買磁化率計(jì)用于測(cè)量砝碼的磁性。目前磁化率計(jì)配備的基本上都是分度值為1ug，測(cè)量范圍5g左右的電子天平，對(duì)于如何校準(zhǔn)磁化率計(jì)還沒有個(gè)統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，基本是檢定磁化率計(jì)配備的電子天平，認(rèn)為電子天平，磁化率計(jì)就符合使用要求，其實(shí)通過檢定電子天平，并不能表明磁化率計(jì)，因?yàn)殡娮犹炱街皇谴呕视?jì)的部分，磁化率計(jì)的性能除與電子天平有關(guān)外，還與*磁鐵磁矩、磁場(chǎng)梯度、砝碼幾何尺寸、磁化率計(jì)計(jì)算軟件等有關(guān)。利用標(biāo)定好的具有磁性數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)模塊檢驗(yàn)磁化率計(jì)的性能更為合理，通過在不同高度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)模塊磁化率值與標(biāo)定值比較的方法，判斷磁化率計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。我所在比對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量前，使用梅特勒公司的磁性標(biāo)準(zhǔn)模塊對(duì)磁化率計(jì)行了標(biāo)定。
2.全計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)配備了量的磁化率計(jì)，磁化率計(jì)可配備分度值1ug和0.1ug二種電子天平，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，砝碼磁化率變化0.01，電子天平示值變化100mg左右。由于砝碼磁性指標(biāo)數(shù)值，二種配置的磁化率計(jì)對(duì)砝碼磁性行測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果差別極小，不影響判定結(jié)果。由于分度值0.1ug的電子天平比分度值1ug電子天平格貴很多，從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠考慮，磁化率計(jì)配備分度值1ug電子天平就足夠了。
3.測(cè)量數(shù)據(jù)前，砝碼磁化率計(jì)應(yīng)加電預(yù)熱足夠長(zhǎng)時(shí)間，電子天平顯示數(shù)值穩(wěn)定后再行測(cè)量。
否則測(cè)量結(jié)果變動(dòng)性，影響比對(duì)結(jié)論。
4.砝碼磁性測(cè)量過程中，將樣品繞著軸心對(duì)稱旋轉(zhuǎn)120°，測(cè)下3個(gè)數(shù)據(jù)，避免因砝碼不均勻磁化，導(dǎo)致磁化率測(cè)量數(shù)據(jù)誤差。
5.磁化率計(jì)的*磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離與砝碼磁化率測(cè)量結(jié)果基本無關(guān)。距離增時(shí)，磁化率測(cè)量值略微變小。對(duì)磁化率計(jì)的*磁鐵中心到被測(cè)砝碼底部的垂直距離行限制的目的是為了在測(cè)量過程中確保高準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼在定的磁場(chǎng)度范圍內(nèi)，以避免發(fā)生砝碼被磁化的現(xiàn)象。在測(cè)量E1等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過2000A/m；測(cè)量E2等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過800A/m；測(cè)量其它等級(jí)砝碼時(shí)，磁場(chǎng)度不得過200A/m。在砝碼磁化率太小，對(duì)于磁化率計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)太弱時(shí)，可減小距離來增磁場(chǎng)度。
6.在分析測(cè)量不確定度時(shí)，所有不確定度分量都要考慮到，不要遺漏也不能重復(fù)。在取其數(shù)值小時(shí)，如果沒有把握，寧可取不可取小。測(cè)量不確定度U太小，可能導(dǎo)致En＞1。
7.由于比對(duì)計(jì)數(shù)公式多，處理數(shù)據(jù)量，可用Excel編程輔助計(jì)算，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確又快。
8.砝碼磁性對(duì)量值傳遞、電子天平檢定的影響隨著質(zhì)量比較儀和電子天平在內(nèi)量值傳遞中廣泛應(yīng)用，使用磁性不的砝碼行量值傳遞時(shí)，由于質(zhì)量比較儀和電子天平衡量裝置的結(jié)構(gòu)采用電磁力平衡補(bǔ)償原理實(shí)現(xiàn)平衡，由補(bǔ)償線圈泄漏的磁場(chǎng)，與砝碼的磁性不可避免的會(huì)產(chǎn)生力的相互作用，這樣的力與砝碼受到的重力無法區(qū)分，影響稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度。若使用磁性不的砝碼檢定高準(zhǔn)確度級(jí)微量天平，可能導(dǎo)致微量天平的稱量部件被磁化，產(chǎn)生較示值誤差。
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