2月1日起,千克量值溯源将启用新标准值

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文章摘要

质量单位千克基于普朗克常数的新定义已于2019年5月20日在全世界范围内正式实施。原则上,各国家计量院都可以通过使用基布尔天平或焦耳天平或硅球法来实现对千克量值的复现。尽管如此,国际质量和相关量咨询委员会(CCM)在2017年对不同精密测量普朗克常数实验结果进行审查后决定:对千克量值复现暂由一个“标准值”来协调实现,直至该“标准值”与各千克量值复现实验测量结果的不确定度相兼容。“标准值”是一个国际互认的千克复现量值,其值由CCM千克复现工作组根据不同千克量值复现实验的国际比对结果来确定。

在千克新定义生效后不久,CCM就启动了首个千克量值复现的关键比对CCM.M-K8.2019,现已经完成。这次关键比对的主要目的是评估不同国家计量院以及国际计量局(BIPM)千克复现实验之间的一致性,并为计算第一个CCM千克复现“标准值”提供依据。

跟2016年CCM千克量值比对一样,本次比对仍以BIPM作为比对主导实验室。除了BIPM,参与本次关键比对还有6个国家级计量院,技术路线涵盖了基布尔天平、焦耳天平和硅球法。比对实验室先在真空条件下用各自的千克复现装置测定一个或两个1kg标准砝码的质量。这些被测砝码再送至BIPM,在真空中通过质量比较器和一颗标准砝码实现不同比对实验室被测砝码量值的关联。通过比较BIPM确定的砝码量值与各实验室实验确定的砝码量值,最终实现不同实验室千克复现结果的比对。如下图所示,尽管不确定度最小的两个结果k=2时的不确定度还尚未重叠,但整体比对结果已满足95%置信区间一致性的检验。比对结果加权平均值与BIPM溯源至国际千克原器(IPK)的“千克保持值”相差-0.019 mg。本次关键比对的具体结果可从BIPM关键比较数据库中获取。





CCM.M-K8.2019比对结果:Δmi为各实验室1kg标准砝码测量结果与全部结果加权平均得到的关键比对参考值(KCRV)间的差值。基于BIPM工作标准值(由IPK溯源至普朗克常数)与KCRV间的差值在图中表示为h(IPK)。

CCM千克量值复现任务组将3次关键性千克比对结果的平均值作为最新千克量值溯源的“标准值”,这三次结果分别是2014年IPK和副基准比对结果[1]、2016年CCM千克实现实验比对结果[2]、以及本次CCM.M-K8.2019关键比对参考值[3]。新的“标准值”比IPK的值高0.002mg。如此,在千克新定义下,IPK的新赋值是1kg – 0.002mg[4],其标准不确定度为0.020mg。从2021年2月1日开始,质量单位千克溯源将基于本次新确定的“标准值”。

国际千克原器

由于新的“标准值”在其不确定度范围内与现行1kg量值一致,所以无需对现行国际千克量值进行调整。但是,砝码校准与测量能力优于或接近0.020mg的国家计量院需要增加砝码校准不确定度。BIPM将继续为其成员国提供1kg铂铱合金砝码和不锈钢砝码的校准服务,校准结果通过本次最新确定“标准值”溯源至普朗克常数。

[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. Conceição, 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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