Оценка вкладов в неопределенность измерений при калибровке мерников, ФБУ Оренбургский ЦСМ

Цель работы
Целью работы является оценка вкладов в неопределенность измерений при калибровке мерников на примере мерника эталонного 1-го разряда М1Р-2-01, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений № 47665-11.
Задачи
Определение действительных метрологических характеристик мерника эталонного 1-го разряда М1Р-2-01.
Оценка вкладов в неопределенность измерений при калибровке мерников и разработка мероприятий по их снижению.

Определение действительных метрологических характеристик мерника
Действительные метрологические характеристики мерников могут быть определены в соответствии со следующими документами:
ГОСТ 8.400 – 2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Мерники металлические эталонные. Методика поверки.
Guidelines on the Determination of Uncertainty in Gravimetric Volume Calibration. EURAMET Calibration Guide No. 19 Version 3.0 (09/2018).

Сравнение методики поверки и методики калибровки
Анализ методики поверки и методики калибровки показал следующие существенные различия:
Действительную вместимость мерников согласно ГОСТ 8.400 – 2013 определяют по результатам двух измерений, методика калибровки рекомендует проведение не менее 10 измерений;
Методика калибровки рекомендует использование дополнительных оптических средств при чтении положения мениска.

Гравиметрический метод
Калибровка мерника осуществляется гравиметрическим методом, то есть методом взвешивания дистиллированной воды в калибруемом мернике на весах. Действительную вместимость мерника V0 вычисляют по формуле:
, мл
где V0 – объем мерника, при рекомендуемой температуре t0, мл;
IE – результат взвешивания заполненного мерника, г;
IL– результат взвешивания пустого мерника, г;
ρW – плотность дистиллированной воды, г/мл;
ρA – плотность воздуха, г/мл;
ρB– плотность гири, использованной для калибровки весов, г/мл;
γ – кубический коэффициент температурного расширения мерника, °С-1 (обычно предполагается, что он в 3 раза больше коэффициента линейного расширения для материала, из которого изготовлен мерник);
t – температура мерника во время проведения калибровки, предполагается, что она равна температуре дистиллированной воды, °С;
t0 – рекомендуемая температура, °С

Результаты определения действительной вместимости мерника
Таблица 1 Результаты определения действительной вместимости мерника М1Р-2-01

Модельное уравнение и источники неопределенности
После определения входных величин измеряемой величины можно определить источники неопределенности, исходящие от различных входных данных, к которым относятся:
1) m – масса дистиллированной воды, заполняющей мерник;
2) tW – измеренная температура дистиллированной воды;
3) tА – измеренная температура воздуха;
4) ρW – расчет плотности воды;
5) ρА – расчет плотности воздуха;
5) ρА – плотность гирь, использованных для калибровки весов;
6) γ - температурное расширение мерника;
7) δVop – ошибки при чтении положения мениска;
8) δVrep – повторяемость измерений;
9) δVevap – влияние испарения воды на результат измерений.

Бюджет неопределенности
Таблица 2 Бюджет неопределенности

Определение действительной вместимости мерника по ГОСТ 8.400-2013
Действительную вместимость мерника V0 согласно методике калибровки вычисляют по формуле:
Действительную вместимость мерника V20 согласно ГОСТ 8.400-2013 вычисляют по формуле:
= 2000, 16 мл
= 2000, 15 мл

Выводы
Данные Таблицы 2 показывают, что наибольший вклад в неопределенность измерений при определении действительной вместимости мерника вносят следующие источники: процесс взвешивания пустого и заполненного мерника, ошибки при чтении положения мениска и повторяемость измерений.
Для повышения точности определения действительной вместимости мерника могут быть применены следующие мероприятия:
1) Применение весов с более высокими метрологическими характеристиками;
2) Увеличение количества независимых измерений;
3) Использование вспомогательных оптических средств при чтении положения мениска.