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2月1日起,千克量值溯源將啟用新標(biāo)準(zhǔn)值

發(fā)布時(shí)間:2021-01-18 作者: 來源: 瀏覽:2601

質(zhì)量單位千克基于普朗克常數(shù)的新定義已于2019年5月20日在全世界范圍內(nèi)正式實(shí)施。原則上,各國家計(jì)量院都可以通過使用基布爾天平或焦耳天平或硅球法來實(shí)現(xiàn)對千克量值的復(fù)現(xiàn)。盡管如此,國際質(zhì)量和相關(guān)量咨詢委員會(huì)(CCM)在2017年對不同精密測量普朗克常數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行審查后決定:對千克量值復(fù)現(xiàn)暫由一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)值”來協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn),直至該“標(biāo)準(zhǔn)值”與各千克量值復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的不確定度相兼容。“標(biāo)準(zhǔn)值”是一個(gè)國際互認(rèn)的千克復(fù)現(xiàn)量值,其值由CCM千克復(fù)現(xiàn)工作組根據(jù)不同千克量值復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的國際比對結(jié)果來確定。

在千克新定義生效后不久,CCM就啟動(dòng)了首個(gè)千克量值復(fù)現(xiàn)的關(guān)鍵比對CCM.M-K8.2019,現(xiàn)已經(jīng)完成。這次關(guān)鍵比對的主要目的是評估不同國家計(jì)量院以及國際計(jì)量局(BIPM)千克復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)之間的一致性,并為計(jì)算第一個(gè)CCM千克復(fù)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)值”提供依據(jù)。

跟2016年CCM千克量值比對一樣,本次比對仍以BIPM作為比對主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。除了BIPM,參與本次關(guān)鍵比對還有6個(gè)國家級計(jì)量院,技術(shù)路線涵蓋了基布爾天平、焦耳天平和硅球法。比對實(shí)驗(yàn)室先在真空條件下用各自的千克復(fù)現(xiàn)裝置測定一個(gè)或兩個(gè)1kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量。這些被測砝碼再送至BIPM,在真空中通過質(zhì)量比較器和一顆標(biāo)準(zhǔn)砝碼實(shí)現(xiàn)不同比對實(shí)驗(yàn)室被測砝碼量值的關(guān)聯(lián)。通過比較BIPM確定的砝碼量值與各實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)確定的砝碼量值,最終實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室千克復(fù)現(xiàn)結(jié)果的比對。如下圖所示,盡管不確定度最小的兩個(gè)結(jié)果k=2時(shí)的不確定度還尚未重疊,但整體比對結(jié)果已滿足95%置信區(qū)間一致性的檢驗(yàn)。比對結(jié)果加權(quán)平均值與BIPM溯源至國際千克原器(IPK)的“千克保持值”相差-0.019 mg。本次關(guān)鍵比對的具體結(jié)果可從BIPM關(guān)鍵比較數(shù)據(jù)庫中獲取。


CCM.M-K8.2019比對結(jié)果:Δmi為各實(shí)驗(yàn)室1kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼測量結(jié)果與全部結(jié)果加權(quán)平均得到的關(guān)鍵比對參考值(KCRV)間的差值?;贐IPM工作標(biāo)準(zhǔn)值(由IPK溯源至普朗克常數(shù))與KCRV間的差值在圖中表示為h(IPK)。


CCM千克量值復(fù)現(xiàn)任務(wù)組將3次關(guān)鍵性千克比對結(jié)果的平均值作為最新千克量值溯源的“標(biāo)準(zhǔn)值”,這三次結(jié)果分別是2014年IPK和副基準(zhǔn)比對結(jié)果[1]、2016年CCM千克實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)比對結(jié)果[2]、以及本次CCM.M-K8.2019關(guān)鍵比對參考值[3]。新的“標(biāo)準(zhǔn)值”比IPK的值高0.002mg。如此,在千克新定義下,IPK的新賦值是1kg - 0.002mg[4],其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.020mg。從2021年2月1日開始,質(zhì)量單位千克溯源將基于本次新確定的“標(biāo)準(zhǔn)值”。

圖片

國際千克原器


由于新的“標(biāo)準(zhǔn)值”在其不確定度范圍內(nèi)與現(xiàn)行1kg量值一致,所以無需對現(xiàn)行國際千克量值進(jìn)行調(diào)整。但是,砝碼校準(zhǔn)與測量能力優(yōu)于或接近0.020mg的國家計(jì)量院需要增加砝碼校準(zhǔn)不確定度。BIPM將繼續(xù)為其成員國提供1kg鉑銥合金砝碼和不銹鋼砝碼的校準(zhǔn)服務(wù),校準(zhǔn)結(jié)果通過本次最新確定“標(biāo)準(zhǔn)值”溯源至普朗克常數(shù)。


[1]M. Stock, P. Barat, R. Davis, A. Picard, M. Milton, "Calibration campaign against the International Prototype of the kilogram: Part I: comparison of the International Prototype with its official copies" Metrologia 52 (2015) 310-316.

[2]M. Stock, P. Barat, et al., "Comparison of future realizations of the kilogram" Metrologia 55 (2018) T1-T7.

[3]M. Stock, P. Concei??o, et al., "Report on the CCM key comparison of kilogram realizations CCM.M-K8.2019" Metrologia 57 (2020) Tech. Suppl. 07030.

[4]CCM Task Group on the Phases for the Dissemination of the kilogram following redefinition, " Calculation of the Consensus Value for the Kilogram 2020", available from the BIPM web site.

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