Progress of the NTSC-F1 primary frequency standard

The SI "second"is realized by caesium primary frequency standards( PFSs) using laser cooled atoms in a fountain configuration. Four sub systems and operation procedure of the NTSC-F1 primary frequency standard are introduced in the paper.The frequency stability of NTSC-F1 is 3.0×10-13/ τ-1 / 2compared to hydrogen maser. Four terms of frequency shift and uncertainty including second order Zeeman frequency shift,cold collision shift,gravity shift and blackbody shift are evaluated. The improvement of NTSC-F1 is introduced.

基于大口径高温固定点黑体的光谱辐射照度国家基准量值复现新方法

采用国际前沿的大口径高温固定点黑体新技术,中国计量科学研究院NIM(National Institute of Metrology)组建了大口径钨碳-碳WC-C高温固定点黑体辐射源,在3020.11 K的融化点温度,实现了250~2500 nm光谱辐射照度、相关色温和分布温度基准的量值复现。这是国际上首次将大口径高温固定点黑体技术成功应用于光谱辐射度基准复现领域。针对大口径固定点黑体熔化温坪曲线的特点、以及测量期间温坪曲线中间部分缺失的问题,提出了固定点熔化温坪拐点温度计算新方法,重构了缺失的熔化温坪曲线。采用光谱比较法,通过双光栅光谱比较测量系统将黑体的量值传递至光谱辐射照度副基准灯组,完成光谱辐射照度基准量值的复现和保存。新的量值复现方法将黑体温度的测量不确定度减小为0.36 K,缩短了量传链,实现光谱辐射照度最佳测量不确定度0.25%(k=2)。在250~2500 nm,基于固定点新方法和传统变温黑体法进行量值复现的平均偏差为0.42%,将两种方法相结合,最终实现我国光谱辐射照度基准的测量不确定度(k=2)为:250~400 nm,U rel=1.9%~0.43%;400~1000 nm,U rel=0.43%~0.25%;1000~2200 nm,U rel=0.25%~0.76%;2200~2500 nm,U rel=0.76%~2.4%。基于固定点黑体的光谱辐射照度量值复现技术已经应用于遥感仪器的辐射定标,用于提升仪器的测量准确度。

沥青标准粘度计试验装置校准方法的研究

沥青标准粘度计是测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等材料流动状态时粘度的仪器。由于沥青粘度的准确性直接关系着沥青混凝土路面质量的好坏,因此,改进其校准方法对公路工程建设具有重要意义。本文通过对其结构及工作原理的分析,根据相关计量技术规范,确定校准所需的测量标准、校准方法,并对校准结果进行测量不确定度评定,从而确保量值准确可靠。

中国一级标准海水不确定度分析研究

中国一级标准海水作为有证标准物质,不确定度是其一项重要的质量参考指标。参考了国际标准海水(IAPSO SSW)不确定度的分析方法,引入GB/T 15000.3《标准样品工作导则(3)—标准样品定值的一般原则和统计方法》等标准中相关的统计方法,对定值不确定度、均匀性不确定度、长期稳定性不确定度3个分量进行了逐一分析。以P1批次一级标准海水的数据为例,计算得出以上分量的电导率比不确定度分别为5.00×10^-6、5.05×10^-6、4.50×10^-6,合成标准不确定度为8.42×10^-6,扩展不确定度为1.7×10^-5。依据不确定度传播规律,计算得出盐度扩展不确定度为6.6×10^-4(或0.001)。

可移动屏蔽型计算电容研究

计算电容是目前电磁计量领域内除量子基准外准确度最高的装置。它是阻抗的基准;与量子霍尔电阻装置相结合,可以测量精细结构常数,对国际上重新定义基本单位有重要作用。本文介绍中国计量科学研究院正在开展的可动屏蔽型计算电容课题的情况,包括各方面的用途、原理、关键技术以及目前研究进展情况。

200～400 nm短波紫外光谱辐射照度国家基准装置的研究与建立

针对我国短波紫外光谱辐射照度测量能力缺失的问题,基于高温黑体辐射源, 2017年中国计量科学研究院NIM自主研制了200~400 nm光谱辐射照度国家基准装置。组建氘灯副基准灯组,实现基准量值的独立复现、保存和传递。在国内形成了以氘灯为传递标准的光谱辐射照度计量基标准和量传体系,为各应用领域提供最高溯源标准。针对基准系统中温度测量、带宽、信噪比、荧光等主要误差源,逐一突破关键测量技术,提升基准的测量准确度:将高温黑体的温度测量直接溯源至铂-碳Pt-C和铼-碳Re-C固定点黑体,采用钨碳-碳WC-C高温共晶点测温技术进行验证,在3 021 K固定点与俄罗斯计量院VNIIOFI的偏差仅0.07 K,将200 nm的测量不确定度减小0.2%;针对黑体和氘灯光谱形状显著差异导致的光谱带宽误差,提出基于微分求积的七点带宽修正法,在200 nm,误差减小0.86%;提出绝对和相对互补型测量原理,将200 nm的测量重复性误差减小约20倍;采用选择性滤波技术,成功消除系统内荧光对测量结果的影响。 3 021 K时黑体温度的测量不确定0.64 K,腔底不均匀性小于0.17 K,测量期间黑体温度漂移小于0.2 K,双光栅单色仪的波长误差不超过±0.01 nm。氘灯副基准的标准测量不确定度为: 200~250 nm, U rel =4.0%~1.3%;250~330 nm, U rel =1.3%~1.2%;330~400 nm, U rel =1.2%~1.9%,整体技术指标达到国际先进水平。研究成果填补了200~400 nm基于氘灯的光谱辐射照度国家基准的空白,使我国具备能力参加国际计量局组织的CCPR-K1.b国际关键比对,与传统以卤钨灯为传递标准的光谱辐射照度国家基准实现了有效衔接。在250~400 nm重合波段,两种传递标准量值的平均相对偏差为0.39%,在声称的不确定度范围内一致。

天然气实流检定原级标准装置的设计研究

天然气实流检定装置中,原级标准装置是整个检定装置的最高级标准。介绍了国际上常用的几种气体流量原级标准装置,比较了HPPP法和mt法两种原级标准的量值溯源,分析了原级标准装置的不确定度因素,以此作为工程应用的基础,建设国家级天然气实流检定站。

光谱辐射亮度国际比对与结果分析

基于高温黑体辐射源BB3500M,中国计量科学研究院(NIM)自主研制了第四代光谱辐射亮度国家基准装置,波长范围覆盖220~2 550 nm,以稳定的钨带灯作为传递标准,改善了测量不确定度。黑体辐射源的温度测量溯源至Pt-C和Re-C固定点黑体,在3 021 K采用WC-C固定点黑体进行验证,NIM和全俄光学物理计量院(VNIIOFI)之间的测量偏差小于70 m K。采用新基准装置,NIM参加了光谱辐射亮度国际APMP-PR. S6比对。NIM研制了两套入射光学系统,成像倍率分别为0. 58和1. 00,立体角为0. 006 sr和0. 008 sr,采用两套系统复现光谱辐射亮度量值的差异小于±0. 40%。APMP-PR. S6比对结果表明:在紫外、可见和近红外波长范围,NIM与参考值的平均相对偏差分别为0. 59%、0. 44%和0. 34%。全部波长范围的平均相对偏差0. 46%。在250 nm、400 nm、800 nm、2 500 nm波长,光谱辐射亮度的测量标准不确定度分别为0. 95%、0. 50%、0. 41%和0. 80%。从而验证了第四代光谱辐射亮度国家基准装置的准确性和可靠性。

标准金属布氏硬度块测量不确定度评定

基于JJG147—2005《标准金属布氏硬度块》国家计量检定规程,给出测量不确定度评定的一种方法,指出测量不确定度主要由其均匀度、工作基准布氏硬度机的重复性(短期稳定性)、(副)基准布氏硬度机的测量不确定度、标准比对硬度块的均匀度和长期稳定性引起。以(125～225)HBW10/3 000/30标尺标准块为例,按规程的测量条件和方法,对其测量不确定度进行系统的间接评定。

二级标准粘度液定值的不确定度评定

简述了测量运动粘度的基本原理 ,根据运动粘度的计算公式 ,将二级标准粘度液定值的不确定度分解成测量方法引入的不确定度、标准粘度计常数引入的不确定度、流动时间引入的不确定度和标准粘度液的不稳定性引入的不确定度。通过调整、忽略、修正或评定对不确定度分量进行处理。

1MN力基准机力值不确定度评估及量值比对验证

阐述了1MN力基准机力值不确定度的各物理因素和其他影响因素的误差来源,对各影响因素的不确定度分量及合成不确定度进行了评估,评估结果的力值相对扩展不确定度为6.9×10-6(k=3)。为了验证1MN力基准机的力值不确定度,进行了1 MN与100kN力基准机之间的量值比对试验,结果表明1MN与100kN力基准机各比对点的力值相对偏差小于±0.5×10-5,力值相对扩展不确定度小于1.1×10-5(k=2),1MN力基准机力值不确定度评估结果得到了验证。

3种液体黏度测量方法的不确定度评定

根据国际计量局颁布的"测量不确定度表示指南",推导出了毛细管法、落球法和旋转柱体法3种常用的液体黏度测量方法的合成标准不确定度的评定公式,使液体黏度测量误差的评定更加客观全面,从而更好地反映测量效果.

球压痕硬度基准装置研制

依据球压痕硬度量值定义,推导出了球压痕硬度基准装置中各量值的精度要求,并根据精度要求研制了球压痕硬度基准装置。介绍了装置的结构及控制系统的设计。实验结果表明:该装置具有量值溯源方便、计量性能稳定的特点,基准装置的扩展不确定度U rel=1.0%(k=2),优于JJG2019-1995《塑料球压痕计量器具》的规定要求,可在8.45~467.2 HB范围开展量值传递工作。

粘度国家基准装置测量结果的不确定度

分析粘度国家基准装置测量结果不确定度的来源并进行评定。影响粘度国家基准装置测量不确定度的主要因素有温度、时间、表面张力、空气浮力以及动能修正等。根据2002年粘度国家基准量值复测的结果,以及改造后新基准装置和辅助设备的状态,计算得粘度国家基准装置测量结果的扩展不确定度为0.038％～0.4％。

138033～27316K温度国家基准的不确定度评定

本文依据国家质量技术监督局发布的中华人民共和国计量技术规范JJF10 59- 1999《测量不确定度评定与表示》 ,对 1992年完成的 13 80 33～ 2 73 16K温度国家基准重新作不确定度评定。本文讨论了不确定度的来源 ;分析了标准不确定度、有效自由度、不确定度的合成、扩展不确定度及范围因子 ;计算了国家基准铂电阻温度计在整个温度范围内的不确定度分布。结果表明 ,各个定义固定点的复现性不大于 ± 0 1mK ,在置信水平为 99%和各自给定的有效自由度下 ,各个固定点实现的扩展不确定度不大于 1mK。基准铂电阻温度计的扩展不确定度分布不大于 1 6mK。

ITS－90（13．8～273．16K）国家温度基准组和工作基准组的建立

本文介绍了ＩＴＳ－９０（１３．８～２７３．１６Ｋ）国家温度基准组和工作基准组的建立、误差传递的研究、以及基准组和工作基准组的非唯一性的实验研究。实验表明，该基准组和工作基准组在全温区（１３．８～２７３．１６Ｋ）的总不确定度为２．７ｍＫ。研究了基准组在全温区的误差分布。

激光小角度基准测量不确定度评定

基于透明箱模型采用蒙特卡洛法进行了激光小角度测量系统的不确定度评定。根据测量原理建立了测量不确定度评定模型,分析各不确定度来源。重点分析了初始零位角和被测角度大小对测量不确定度的影响,分析结果表明:当被测角度较小时,测量不确定度主要受随机误差的影响;随着被测角度的增大,测量不确定度逐渐增大;当未对初始零位角进行精确调整时,测量不确定度不再服从正态分布,其影响随着被测角度的增大而增大。

乙丙橡胶门尼粘度标准物质的定值与不确定度评定

定值是标准物质研制的重要环节,也是标准物质研制水平高低的体现。标准物质研制中定值的准确和不确定度度评定的合理则对标准物质研制的水平和推广应用起着重要的作用。对均匀性、稳定性检验后符合标准物质研制的乙丙橡胶(EPDM)4050样品,联合多家实验室进行定值。EPDM 4050门尼粘度标准物质参与定值的各实验室的数据在0.01的显著水平时,定值的数据处于正态分布、无可疑值、处于等精度,定值数据的平均值为EPDM 4050门尼粘度标准物质的标称值,EPDM 4050标准物质在ML(1+4)100℃、ML(1+8)100℃下的标称值分别为42.4±0.5、40.4±0.4。

标准操作油运动粘度不确定度测定分析

通过全国多家油品评价实验室对研制的标准操作油进行分析测试,将各实验室多组数据进行精度、可疑值等统计分析之后,评定标准操作油运动粘度的不确定度,不确定度分量主要来源有仪器设备、各实验室测量重复性、样品的均匀性、样品的稳定性等,以确保标准操作油定值的准确性。

测量不确定度及其在化学计量中的应用实例

介绍了测量不确定度的评定方法及其在基准试剂纯度、干涉滤光片波长标准物质、锌合金成分标准物质中的应用实例。