液体相对密度天平示值误差的符合性评定

王健 张莉莉 朱俊 / 上海市计量测试技术研究院

液体相对密度天平示值误差的符合性评定

王健 张莉莉 朱俊 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

液体相对密度天平属于机械类非自动衡器。适用范围包括工矿企业、医疗、化工、科研等领域。作为质量专业的计量仪器，其计量性能的判断依据是《液体相对密度天平》检定规程，按照规程中检定方法、检定项目、检定环境条件确定天平的计量性能是否符合技术要求。

符合性评定是评定仪器的示值误差是否在最大允许误差范围内，也就是测量仪器是否符合其技术指标的要求，凡符合要求的判为合格。

1 测量仪器示值误差的符合性评定依据

依据JJF 1094-2002《测量仪器特性评定》中第5.3.1.4条测量仪器示值误差符合性评定的基本要求，评定示值误差的不确定度U95与被评定测量的最大允许误差的绝对值MPEV之比，应小于或等于1∶3，即

被评定测量仪器的示值误差Δ在其最大允许误差限内时，可判为合格，即 为合格。被评定测量仪器的示值误差Δ超出其最大允许误差限内时，可判为不合格，即 为不合格。

2 液体相对密度天平示值误差的符合性评定

将测锤放入蒸馏水中，液体相对密度天平检定规程规定天平计量性能天平应能达到表1所规定的要求。

天平总的相对密度误差是指测锤体积、横梁分度的间距差、天平的重复性所引起的相对密度误差三项代数之和。

表1 天平计量性能

2.1 测锤的体积所引起的相对密度误差不确定度来源u(D)

u(D)以下2个标准不确定度分项u(D1)和u(D2)构成。

2.1.1 温度变化引起标准不确定度分项u(D1)采用B类方法进行评定

由于实验室温度分布不均匀，将会造成水温的变化。依据规程，检定时温度在（20±5）℃且检定前后蒸馏水温度差不超过0.5 ℃，参照检定规程附表A，其变化引起对测量结果的影响为±0.000 1，半宽度为0.000 1，此区间服从均匀分布，包含因子。

故标准不确定度

则自由度vD1= 50

2.1.2 天平分辨力引起标准不确定度分项u(D2)

依据JJF 1094-2002 条款，此天平最小分度值为0.000 1，则天平的分辨力为0.000 05，服从均匀分布，包含因子。

则自由度vD2= 50

2.1.3 标准不确定度u(D)的计算

以上各项互相独立，互不相关，直接进行均方根合成。

则u(D)的有效自由度为

2.1.4 由表1可知，测锤体积差引起相对密度误差D的最大允许误差MPED= ±0.000 4，依据测量仪器符合性评定规定，上述分析出u(D) = 0.006 5%，有效自由度为vD= 74，取置信概率P= 95%，k=t0.95(74) = 2.01U(D) = 0.000 065×2.01 = 0.000 13 = 0.013%

2.2 天平横梁上的槽口间距不相等引起相对密度误差不确定度来源u(E)

u(E)由以下两个标准不确定度分项u(E1)和u(E2)构成。

2.2.1 天平横梁上的槽口间距不相等引起标准不确定度分项u(E1)

天平横梁上均匀分布10个槽口，每个槽口之间的距离应相等。但实际上总存在微小差异，根据以往经验，由其引起对测量结果的影响约±0.000 06，半宽度为0.000 06，此区间服从均匀分布，包含因子。故标准不确定度

则自由度vE1= 50

2.2.2 标准砝码引起标准不确定度分项u(E2)

为了使天平处于平衡，需在天平横梁上加5 mg骑码，其引起的测量结果的影响为±0.000 1，半宽度为0.000 1。服从均匀分布，包含因子。

则自由度vE2= 50

2.2.3 标准不确定度u(E)的计算

以上各项互相独立，互不相关，直接进行均方根合成。

则u(E)的有效自由度为

2.2.4 由表1可知，天平横梁分度的间距差引起相对密度误差E的最大允许误差MPEE= ±0.000 4，依据测量仪器符合性评定规定，上述分析出u(E) =0.006 8%，有效自由度为v1= 83，取置信概率P=95%，k=t0.95(83) = 1.984

U(E) = 0.000 068×1.984 = 0.000 13 = 0.013%

2.3 天平重复性所引起的相对密度误差不确定度u(I)

天平重复性引起的标准不确定度u(I)的评定，采用A类方法进行评定。

本试验在温度22 ℃时，连续测量10次，得到测量列如下：

任意选取3台液体相对密度天平，各在重复性条件下连续测量10次，共得到三组测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差，如表2所示。

表2 实验标准差

表2中，三组实验标准差计算结果的合并样本标准差sp为

则u(I)的有效自由度为

2.3.1 由表1可知，天平重复性引起的相对密度误差I的最大允许误差MPEI= ±0.000 3，依据测量仪器符合性评定规定，上述分析出u(I) = 0.004 5%，有效自由度为vI= 27，取置信概率P= 95%，k=t0.95(27) = 2.06

U(I) = 0.000 045×2.06 = 0.000 093 = 0.009 3%

2.4 天平总的相对密度误差不确定度来源uc(R)

各xi的误差彼此独立，所以合成标准不确定度uc及其自由度v分别由下式计算：

由表1可知，天平总的相对密度误差R的最大允许误差MPEI= ±0.000 8，依据测量仪器符合性评定规定，上述分析出uc(R) = 0.010%，有效自由度为vR= 154，取置信概率P= 95%，k=t0.95(154) = 1.960

Uc(R) = 0.000 10×1.960 = 0.000 20

即0.020%≤ 0.027%

3 结语

通过对液体相对密度天平示值误差的符合性评定，目的是为了得到准确可靠的测量结果，验证液体相对密度天平的最大允许误差的正确性，进一步验证检定规程制定的正确性和合理性。

[1]中国计量测试学会.一级注册计量师基础知识及专业实务[M].北京：中国计量出版社，2013.

[2]全国法制计量技术委员会.JJF 1094-2002 测量仪器特性评定[S].北京：中国计量出版社，2002.

[3]全国质量密度计量技术委员会.JJG 171-2016 液体相对密度天平[S].北京：中国质检出版社，2016.

[4]全国法制计量管理计量技术委员会.JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示[S].北京：中国计量出版社，2012.