Приложение В (обязательное). Методы испытаний гирь

Приложение В
(обязательное)

Методы испытаний гирь

B.1 Введение

В настоящем приложении приведены принятые методы испытаний для определения требуемых свойств гирь. Эти методы относятся как к отдельным гирям, так и к наборам гирь.

B.1.1 В протоколах испытаний должен быть указан метод, который был использован при проведении каждого испытания. Методы, содержащиеся в настоящем приложении, приведены в соответствующих разделах. При использовании других методов их достоверность должна быть подтверждена документально.

B.1.2 Термин "условная масса" применен во всем стандарте, за исключением раздела, посвященного плотности, где применен термин "масса" (в соответствии с 2.7).

B.2 Последовательность испытаний

Предварительные оценки и испытания должны быть выполнены в следующем порядке (если это применимо):

a) просмотр документации и визуальный контроль в соответствии с контрольным листом (в соответствии с международной рекомендацией R 111-2);

b) чистка гирь (В.4);

c) шероховатость поверхности (В.5);

d) магнетизм (В.6);

e) плотность (В.7).

Примечание - Чистка должна быть повторена после измерения плотности, если в качестве жидкости в системе для измерения плотности была использована не вода (другие, как правило, используемые жидкости, например, фторуглероды, оставляют осадок, который должен быть удален с использованием растворителя, такого как спирт);

f) измерение условной массы (приложение С).

B.3 Просмотр документации и визуальный контроль

B.3.1 Визуальная проверка

Необходимо просмотреть представленную документацию в соответствии с 15.1, включая фотографии, рисунки, соответствующие технические условия и т.п., для установления адекватности и правильности документации.

B.3.2 Сопоставление конструкции с документацией

Необходимо проверить физическое состояние гирь и футляра для гирь, чтобы убедиться в соответствии их документации (согласно разделам 6, 7, 8, 14, а также 15.1).

B.3.3 Первичная проверка

B.3.3.1 Метрологические характеристики

Записывают метрологические характеристики в соответствии с международной рекомендацией R 111-2.

B.3.3.2 Маркировка (согласно разделам 13 и 16)

Проверяют соответствие маркировки согласно международной рекомендации R 111-2.

B.4 Чистка гирь

B.4.1 Важно очистить гири перед проведением любого измерения, так как в процессе чистки может быть изменена масса гирь. При чистке не должно быть удалено заметное количество материала, из которого изготовлены гири. С гирями необходимо работать и хранить их таким образом, чтобы они оставались чистыми. Перед калибровкой пыль и любые инородные частицы должны быть удалены. Это следует выполнять с осторожностью, чтобы не изменить свойства поверхности гири (например, поцарапав гирю).

Если на гире много грязи, которую невозможно удалить методами, приведенными выше, гирю или какие-то ее части допускается вымыть чистым спиртом, дистиллированной водой или другими растворителями. Гири с внутренними полостями, как правило, не рекомендуется погружать в растворитель, чтобы избежать возможного попадания жидкости в подгоночную полость. Если необходимо контролировать стабильность гири во время использования, масса гири должна, по возможности, быть определена перед чисткой.

B.4.2 Типовое время просушки гирь после очистки приведено в таблице В.1.

Таблица В.1 - Время просушки гирь после очистки

Условие просушки	Время просушки гирь классов
				От до
После чистки спиртом	7-10 сут	3-6 сут	1-2 сут	1 ч
После чистки дистиллированной водой	4-6 сут	2-3 сут	1 сут	1 ч

B.4.3 Температурная стабилизация

Очищенные гири после просушки должны пройти температурную стабилизацию в весовой комнате. В частности, гири классов , и должны иметь температуру, близкую к температуре в месте проведения взвешивания.

В.4.3.1 Обязательное время температурной стабилизации должно быть не менее указанного в таблице В.2 (в зависимости от размера гирь, их класса точности и от разницы между первоначальной температурой гирь и температурой воздуха в лаборатории). В качестве практического руководства рекомендуется время выдержки 24 ч.

Таблица В.2 - [11] Время температурной стабилизации для гирь классов точности

*	Номинальное значение массы	Время в часах
		Класс	Класс	Класс	Класс
°С	1000, 2000, 5000 кг	-	-	79	5
	100, 200, 500 кг	-	70	33	4
	10, 20, 50 кг	45	27	12	3
	1, 2, 5 кг	18	12	6	2
	100, 200, 500 г	8	5	3	1
	10, 20, 50 г	2	2	1	1
	<10 г	1			0,5
°С	1000, 2000, 5000 кг	-	-	1	1
	100, 200, 500 кг	-	40	2	1
	10, 20, 50 кг	36	18	4	1
	1, 2, 5 кг	15	8	3	1
	100, 200, 500 г	6	4	2	0,5
	10, 20, 50 г	2	1	1	0,5
	<10 г	0,5
°С	1000, 2000, 5000 кг	-	-	1	0,5
	100, 200, 500 кг	-	16	1	0,5
	10, 20, 50 кг	27	10	1	0,5
	1, 2, 5 кг	12	5	1	0,5
	100, 200, 500 г	5	3	1	0,5
	<100 г	2	1		0,5
°С	1000, 2000, 5000 кг	-	-	-	-
	100, 200, 500 кг	-	1	0,5	0,5
	10, 20, 50 кг	11	1	0,5	0,5
	1, 2, 5 кг	7	1	0,5	0,5
	100, 200, 500 г	3	1	0,5	0,5
	<100 г	1	0,5
* - первоначальная разница между температурой гири и температурой в лаборатории.

В.5 Шероховатость поверхности

В.5.1 Введение

Стабильность массы гири в значительной степени зависит от поверхностной структуры гири. Предполагается, что при прочих равных характеристиках масса гири с гладкой поверхностью более стабильна, чем гири с шероховатой поверхностью. Необходимо, чтобы поверхность гири была чистой при оценке шероховатости ее поверхности.

В.5.1.1 Шероховатость поверхности у новых гирь без видимых царапин измеряют четко определенным способом. Для поверхностей с множеством царапин это более затруднительно. В области линейных и угловых измерений шероховатость поверхности четко отличается от таких дефектов поверхности, как царапины. Однако царапины будут собирать грязь при использовании гири, поэтому число царапин должно быть оценено параллельно с шероховатостью поверхности без царапин. Оценку шероховатости поверхности проводят только для гирь классов Е и F номинальной массой 1 г или более.

B.5.2 Общая оценка

Оценку шероховатости гири вначале выполняют визуально. Однако для гирь классов Е и F оценку всегда следует выполнять с использованием образца шероховатости (ОШ), с использованием измерительного прибора со щупом (ИПЩ) или другого подходящего прибора.

Предупреждение - Использование измерительного прибора со щупом может повредить или поцарапать гирю.

Шероховатость поверхности может характеризоваться числом различных параметров шероховатости. Каждый параметр описывает особенность поверхности, которая важна для конкретного свойства поверхности.

B.5.2.1 Образец шероховатости (метод ОШ)

Если знать действительное значение шероховатости поверхности не требуется, а необходимо лишь установить соответствие определенным техническим требованиям, допускается сравнить поверхность визуально с образцом шероховатости. Образец должен быть калиброван в аккредитованной лаборатории и сопровожден сертификатом. Испытания должны предусматривать определение параметра шероховатости или . Поверхность образца шероховатости должна иметь такое же направление неровностей и быть обработана теми же методами механической обработки, что и поверхность гирь. Поскольку гири имеют как плоские, так и цилиндрические поверхности, необходимо использовать два набора образцов: первый - с плоскими поверхностями, а второй - с цилиндрическими поверхностями.

B.5.2.2 Измерительный прибор со щупом (метод ИПЩ)

Измерительный прибор со щупом, как правило, используют для измерения шероховатости поверхности. С использованием этого прибора очень осторожно проводят острым щупом вдоль линии на поверхности, и вертикальное движение щупа записывают как функцию положения вдоль линии. Таким образом записывается профиль поверхности.

Предупреждение - Использование измерительного прибора со щупом может повредить или поцарапать гирю.

B.5.2.3 Другие приборы

Для измерения шероховатости поверхности используют другие приборы, отличающиеся от традиционных, такие как приборы для измерения характеристик рассеянного света по [12].

B.5.3 Методики испытаний

В.5.3.1 Визуальный осмотр (гири классов Е, F и М)

B.5.3.1.1 Оборудование

a) Хорошо освещенная комната.

b) Лабораторные перчатки.

c) Неворсистая ткань.

B.5.3.1.2 Методика измерения

B.5.3.1.2.1 Новые гири

a) Для всех классов необходимо визуально осмотреть поверхность гири:

1) следует обратить внимание на любые вмятины или впадины на ее поверхности, или на глубокие царапины;

2) поверхность должна быть гладкой (по 11.1.1);

3) края должны быть закруглены;

4) для гирь номинальной массой от 1 г до 10 кг поверхность гири не должна быть пористой.

b) Для классов Е и F следует визуально осмотреть поверхность гири:

1) поверхность не должна быть пористой (по 11.1.2);

2) поверхность должна блестеть.

c) Для цилиндрических гирь класса точности М номинальной массой от 1 г до 50 кг поверхность гири должна быть гладкой и непористой.

d) Для прямоугольных гирь класса точности М (5, 10, 20 и 50 кг) качество обработки поверхности должно быть таким же, как у серого чугуна (по 11.1.3).

e) Для гирь класса точности номинальной массой 50 кг или более поверхность может быть покрыта материалом, обеспечивающим защиту от коррозии, при использовании которого поверхность становится непроницаемой. Это покрытие должно выдерживать удар и другие погодные условия (по 8.5.1).

B.5.3.1.2.2 Гири, бывшие в эксплуатации

Кроме приведенного в В.5.3.1.2.1, поверхность гири должна быть проверена на наличие следов использования указанным ниже образом.

Для этого следует визуально осмотреть поверхность гири. В эксплуатации гири, как правило, имеют царапины, особенно на основании:

1) если число царапин и их глубина сопоставимы с адекватной стабильностью гири, гиря может быть принята;

2) во время оценки шероховатости поверхности отдельные царапины и другие дефекты не должны быть учтены;

3) если царапины слишком многочисленны для оценки шероховатости поверхности, гиря не должна быть принята.

В.5.3.1.3 Запись результатов

Результаты измерений и вычислений вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

B.5.3.2 Образец шероховатости (метод ОШ) (гири классов Е и F)

Шероховатость поверхности допускается сравнить визуально с образцами шероховатости.

B.5.3.2.1 Оборудование

a) Чистый образец шероховатости (в соответствии с В.5.2.1).

b) Хорошо освещенная комната.

c) Лабораторные перчатки.

d) Неворсистая ткань.

B.5.3.2.2 Методика измерений

a) Очищают поверхность образца шероховатости с использованием чистой неворсистой ткани, смоченной в спирте. Если поверхность гири не выглядит чистой, она также должна быть вычищена.

Примечание - В результате чистки масса гири может значительно измениться. См. В.4 о чистке гирь.

b) Поднимают гирю на уровень среза образца шероховатости так, чтобы направления неровностей двух поверхностей были параллельны.

c) Просматривают одновременно две поверхности под разными углами.

d) Оценивают, меньше или больше шероховатость поверхности гири, чем у конкретного среза образца шероховатости.

e) Повторяют предыдущие измерения с разными образцами шероховатости и определяют верхний предел.

B.5.3.2.3 Запись результатов

Записывают в протокол испытаний, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2, значения и , которые имеют наибольшее сходство с испытуемой гирей, указав "ОШ" как метод оценки. Если визуальная оценка четко показывает, что значение шероховатости или поверхности гири меньше, чем максимальное значение, указанное в 11.1.2, не требуется никаких дальнейших измерений шероховатости. При сомнениях шероховатость или должна быть измерена с использованием измерительного прибора со щупом.

B.5.3.3 Измерение шероховатости с использованием измерительного прибора со щупом (метод ИПЩ) (гири классов Е и F)

Настоящий пункт относится только к тем гирям, для которых соответствие требованиям к шероховатости поверхности невозможно оценить однозначно с использованием визуальной проверки. Перед применением измерительный прибор со щупом должен быть калиброван с использованием образцов в соответствии с международным стандартом ИСО 5436 [13]. Другие приборы могут быть применены только тогда, когда была документально подтверждена прослеживаемость к единице длины.

В.5.3.3.1 Оборудование

a) Измерительный прибор со щупом, в соответствии с международным стандартом ИСО 3274 [14].

b) Лабораторные перчатки.

B.5.3.3.2 Методика измерения (в соответствии с международным стандартом ИСО 4288 [15])

а) Выполняют, по крайней мере, шесть измерений.

1) два на плоской верхней поверхности;

2) четыре на цилиндрической поверхности.

b) Не включают царапины или другие дефекты поверхности в измеренные профили.

c) Все значения измеренной шероховатости поверхности или должны быть меньше, чем максимальные значения, указанные в таблице 6 в 11.1.2.

В.5.3.3.3 Запись результатов

Записывают значения и которые имеют наибольшее сходство с испытуемой гирей, в протокол испытаний, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2, указав "ИПЩ" как метод оценки.

В.6 Магнетизм

В.6.1 Введение

Магнитные силы могут негативно влиять на результат взвешивания, поскольку без систематических исследований эти силы невозможно отличить от силы тяжести при определении массы. Магнитные силы могут возникать из-за взаимодействия между двумя эталонами массы, а также между эталоном массы, компаратором массы, используемым для сличений, и другими находящимися поблизости магнитными объектами.

B.6.1.1 Общие положения

Магнитные свойства (остаточную намагниченность и магнитную восприимчивость) гирь следует определять перед их калибровкой (приложение С) с целью гарантировать, что магнитное взаимодействие пренебрежимо мало. Гирю, которая не выдерживает испытания на магнитные свойства, не калибруют (не поверяют).

B.6.1.1.1 Нет необходимости измерять магнитные свойства гирь, изготовленных из алюминия, так как известно, что они не обладают магнитными свойствами и имеют магнитную восприимчивость , которая гораздо меньше 0,01. Кроме того, для небольших гирь (<2 г) и для классов с более низкой точностью ( и ниже, <20 г) достаточно обратиться к инструкции изготовителя относительно магнитных свойств материала, используемого для изготовления гирь (см. В.6.3).

B.6.1.1.2 Многие гири класса М изготовляют из чугуна или из простых стальных сплавов. Поэтому гири класса М имеют более часто, чем гири классов Е и F, большие относительные погрешности из-за магнитного взаимодействия между гирей и весами. Все металлы обладают определенной магнитной восприимчивостью. Однако сплавы, содержащие магнитные примеси, будут иметь более высокую магнитную восприимчивость и могут становиться намагниченными.

Примечание - Магнитные силы по бокам гирь также могут подлежать рассмотрению, однако в настоящем стандарте они не рассмотрены.

B.6.1.2 Обзор методик испытаний

Подразделы с В.6.2 по В.6.6 описывают два принятых метода определения остаточной намагниченности гирь (В.6.2 и В.6.4) и четыре принятых метода определения магнитной восприимчивости (В.6.3, В.6.4, В.6.5, В.6.6), включая формулы для расчета остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости. Пределы для остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости приведены в 9.1 и 9.2. Рекомендуемые методы для различных классов и номинальных значений массы представлены в таблицах В.3 (а), В.3 (b) и В.3 (с). Альтернативные методы могут быть также использованы при условии, что их достоверность подтверждена соответствующими документами, прилагаемыми к протоколу испытаний.

Примечание - Полная характеристика намагничивания гирь представляется технически непрактичной. Методы, представленные в настоящем стандарте, полагаются на аппроксимации, обоснованно считаемые полезными. В случаях, когда различные методы, представленные здесь, показывают несовпадающие результаты, предпочтение необходимо отдавать в следующем порядке: В.6.4, В.6.2 (магнитометр на основе эффекта Холла), В.6.2 (магнитометр с насыщенным сердечником).

В.6.2 Метод определения остаточной намагниченности. Гауссметр

Остаточная намагниченность гири может быть оценена по результатам двух измерений с использованием гауссметра магнитного поля вблизи гири. Этот метод может быть применен для гирь всех классов точности, перечисленных в таблице В.3 (с).

B.6.2.1 Общие положения

a) Перед испытанием помещение, где оно будет проведено, должно быть проверено на направление окружающего магнитного поля с использованием гауссметра. Испытание должно быть проведено в зоне, свободной от ферромагнитных объектов. На операторе также не должно быть никаких ферромагнитных предметов.

b) Измеряют магнитное поле, обусловленное гирей, с использованием, например, датчика Холла (предпочтительный прибор) или магнитометра с насыщенным сердечником. Магнитометр с насыщенным сердечником не должен быть использован для гирь массой менее 100 г. Выравнивают зонд таким образом, чтобы его ось была перпендикулярна к поверхности гири.

c) Измерение должно быть проведено в направлении, где внешняя магнитная индукция, улавливаемая зондом, близка к нулю.

d) В качестве альтернативы значение внешней индукции следует вычесть из измеренной индукции в присутствии гири.

B.6.2.2 Оборудование

a) Гауссметр, такой как датчик Холла или магнитометр с насыщенным сердечником (далее - измеритель).

b) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

c) Хорошо освещенная комната.

B.6.2.3 Методика измерения

a) Устанавливают измеритель на нуль.

b) Помещают зонд на немагнитную поверхность.

c) Снимают показание магнитного поля при определенной ориентации зонда. Показанием считают результат измерения окружающего магнитного поля. Это показание вычитают из любого следующего показания, снятого на гире или вблизи нее.

d) Помещают гирю над датчиком, сохраняя ориентацию зонда. Центр основания гири должен быть расположен над датчиком. Проверяют однородность намагничивания, передвигая гирю от центра к краю основания, и наблюдают за изменениями показаний. Если показания не уменьшаются плавно, гиря, вероятно, намагничена неоднородно.

e) Если гиря намагничена однородно, измерения допускается выполнять в центре основания, вблизи поверхности гири, без контакта и в соответствии с техническим описанием гауссметра.

Примечание - Для некоторых зондов, таких как у магнитометра с насыщенным сердечником, датчик расположен на расстоянии от конца зонда [16]. Это, как правило, приводит к более низким значениям напряженности поля, чем те, которые получают при использовании датчика Холла, расположенного как можно ближе к гире. Если гиря намагничена неоднородно, измерения должны быть проведены вдоль центральной оси гири на расстоянии от поверхности, равном, по крайней мере, половине диаметра цилиндрической гири, или равном, по крайней мере, половине самого большого размера прямоугольной гири. Показания зонда должны быть скорректированы с использованием формулы, приведенной ниже.

f) Снимают показание (которое может быть выражено в мТл). Записывают его в мкТл.

g) Переворачивают гирю для измерения верха (только для гирь с плоским верхом), затем повторяют этапы по перечислениям d)-f), приведенные выше.

h) Исправляют показание зонда и оценивают остаточную магнитную индукцию c использованием следующего уравнения:

, (В.6.2-1)

где для гирь класса М; (В.6.2-2)

для гирь классов E и F; (В.6.2-3)

где В - показание гауссметра в присутствии гири [вычитают показание окружающего магнитного поля, см. перечисление с)];

- показание гауссметра окружающего магнитного поля при отсутствии гири;

d - расстояние между центром чувствительного элемента (который вставлен в зонд) и поверхностью гири;

h - высота гири;

R - радиус цилиндрической гири или, в случае с прямоугольной гирей, радиус круга, площадь которого равна площади прямоугольной гири.

Примечание - B и в некоторых случаях могут иметь разные знаки.

i) Используемое оборудование и расстояние во всех случаях должны быть отмечены в протоколе испытаний.

B.6.2.4 Неопределенность

Применяемые приборы должны быть калиброваны с неопределенностью в соответствии с требованием, что намагниченность гирь должна быть определена с неопределенностью менее одной трети пределов погрешности, указанных в таблице 3. Применяемая методика приводит к расширенной неопределенности U (k = 2) намагничивания, составляющей приблизительно 30% (включая неопределенность калибровки гауссметра). Однако в указанной неопределенности невозможно учесть упрощения метода. Поэтому значение остаточной намагниченности, определенное таким образом, считают условным, хотя и полезным, значением.

B.6.2.5 Запись результатов

Результаты измерений и вычислений вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

B.6.3 Технические требования к материалам

Измерение магнитной восприимчивости допускается проводить с использованием методики В.6.4, используя испытуемый образец, выполненный из куска металла, из которого изготовлена гиря. В этом случае расширенная неопределенность U (k = 2) измерения должна увеличиться на 20% для того, чтобы учесть возможное изменение данного параметра в куске металла. Однако все готовые гири должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 3. Из-за эффектов насыщения при измерении магнитной восприимчивости магнитное поле, прилагаемое к гире, должно быть достаточно мало (<4 для стального сплава).

B.6.3.1 Гири, изготовленные из алюминия, имеют магнитную восприимчивость .

B.6.3.2 Для небольших гирь номинальной массой менее 2 г следует обратиться к документации изготовителя по поводу магнитных свойств материала, используемого для их изготовления.

B.6.3.3 Для гирь класса F номинальной массой менее 20 г следует обратиться к документации по поводу магнитных свойств материала, используемого для их изготовления.

B.6.4 Магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность. Метод измерения с использованием измерителя магнитной восприимчивости

В.6.4.1 Принципы испытания

Этот метод может быть использован для определения как магнитной восприимчивости, так и остаточной намагниченности слабо намагниченных гирь посредством измерения силы, действующей на эталон массы в неоднородном магнитном поле сильного постоянного магнита (см. рисунок В.1).

Этот метод применим только для гирь, у которых магнитная восприимчивость . Метод измерения не рекомендуется для составных гирь. Для использования этого метода необходимо ознакомиться с [6]. При обычной компоновке измеритель магнитной восприимчивости имеет измерительный объем, ограничиваемый по размеру (около 10 ) на столе, рядом с магнитом и вертикально над ним. Для гирь номинальной массой более 2 кг проводят измерения в середине основания гири (если необходимо измерить остаточную намагниченность в нескольких местах вдоль основания, используют гауссметр вместо измерителя магнитной восприимчивости). Как правило, гиря должна стоять прямо. Для измерения магнитных свойств по бокам гири или наверху требуются более сложные методы в соответствии с [6].

B.6.4.2 Общие положения

Существует значительный риск, что данная методика может вызвать остаточную намагниченность испытуемой гири, если она подвергается воздействию слишком сильных магнитных полей (>2 для гирь стального сплава класса точности ). Рекомендуется, например, чтобы испытания гирь класса проводили сначала на расстоянии примерно 20 мм между серединой магнита по высоте и основанием гири (см. рисунок В.1). Тогда уменьшается, только если восприимчивость образца слишком мала для образования подходящего сигнала в соответствии с [6]. Могут потребоваться дополнительные меры предосторожности при испытании гирь с более высокой магнитной восприимчивостью [см. В.6.4.5, перечисление с)].

B.6.4.3 Оборудование

a) Весы с действительным интервалом шкалы не более 10 мкг.

b) Немагнитный стол для размещения на нем гирь.

c) Цилиндр для размещения на нем магнитов.

d) Цилиндрические магниты с магнитным моментом порядка 0,1 (этот момент типичен для магнитов из самария-кобальта или неодима-железа-бора объемом приблизительно 100 ) [6].

B.6.4.4 Схема оборудования

В идеале высота магнита должна быть равна 0,87 его диаметра [6], хотя допустимо отношение высоты к диаметру, равное единице. - это расстояние от середины магнита по высоте до основания гири.

В.6.4.5 Методика измерения

Эти испытания должны быть проведены в зоне, свободной от больших ферромагнитных объектов. На операторе также не должно быть никаких ферромагнитных предметов.

a) Измеряют различные параметры (, , h), см. рисунок В.1, измерение см. также в [6].

b) Необходимо знать значение ускорения силы тяжести g с точностью около 1%.

c) Устанавливают магнит так, чтобы его северный полюс указывал вниз (северный полюс цилиндрического магнита представляет собой конец, который отталкивает северный полюс стрелки компаса). Потребуется значение магнитного момента магнита.

Магнит создает максимальное магнитное поле на верхней поверхности стола:

, (В.6.4-1)

где H - единицы для в и в м.

Важно, чтобы первоначально значения H не превышали 2000 при испытании гирь класса Е, 800 при испытании гирь класса и 200 при испытании гирь других классов. Поле Н может быть увеличено, только если сигнал измерителя магнитной восприимчивости слишком слабый. В этом случае поле Н увеличивается за счет уменьшения высоты .

d) Устанавливают весы на нуль.

e) Устанавливают гирю на столе так, чтобы ее ось совпадала с вертикальной осью магнита, и снимают показание. Поворачивают гирю вокруг ее вертикальной оси несколько раз, увеличивая углы, и снимают показания при каждом положении. Для следующих процедур поворачивают гирю на угол, при котором отсчет показывает максимальное отклонение от нуля.

g) Устанавливают гирю на столе, как правило три раза, непосредственно над магнитом. Проверяют, что гиря выставлена по центру.

1) Отмечают время установления нагрузки, время снятия показания и время удаления нагрузки.

2) Рассчитывают по повторным показаниям. Как правило, будет иметь отрицательный знак, показывающий, что магнит слегка притягивается к гире.

- среднее значение из максимальных показаний весов, каждое из которых находят путем вращения гири вокруг вертикальной оси. Примечание - Приведены дополнительные определения для однозначного раскрытия терминов, применяемых в настоящем стандарте.

3) Силу определяют как . (В.6.4-2)

f) Измерения следует повторить с перевернутым магнитом.

Расстояние должно быть постоянным.

1) Устанавливают весы на нуль.

2) Снова устанавливают гирю на столе, как правило три раза, непосредственно над магнитом. Проверяют, что гиря выставлена по центру.

3) Отмечают время установления нагрузки, время снятия показания и время удаления нагрузки.

4) Рассчитывают по повторным показаниям. Как правило, будет иметь отрицательный знак, но может существенно отличаться от .

- среднее значение из максимальных показаний весов, полученных с перевернутым магнитом, каждое из которых находят путем вращения гири вокруг вертикальной оси. Примечание - Приведены дополнительные определения для однозначного раскрытия терминов, применяемых в настоящем стандарте.

5) Силу определяют как . (В.6.4-3)

6) Повторяют этапы d)-f), приведенные выше.

В.6.4.6 Вычисления

Рассчитывают магнитную восприимчивость и остаточную намагниченность (составляющая вектора М по оси z) гири, вводя различные параметры в уравнения, приведенные ниже. Предполагают, что магнитная восприимчивость воздуха всегда пренебрежимо мала.

В.6.4.6.1 При измерении как , так и значение магнитной восприимчивости находят по формуле

, (B.6.4-4)

где ; (B.6.4-5)

, (В.6.4-6)

и значение остаточной магнитной индукции находят по формуле

, (B.6.4-7)

где ; (В.6.4-8)

- вертикальная составляющая окружающей магнитной индукции в лаборатории.

Как правило, допускается применять как вертикальную составляющую магнитной индукции земли в месте, где расположена лаборатория, и в этом случае - 48 мкТ < < 60 мкТ в зависимости от широты. Значение равно нулю на экваторе и имеет максимальное значение на полюсах. имеет положительный знак в северном полушарии и отрицательный - в южном.

В.6.4.6.2 Геометрические поправочные коэффициенты и в вышеприведенных уравнениях определяют по формулам

(В.6.4-9)

и

. (В.6.4-10)

Более подробно об и см. в [6]. Для всех практических целей допускается пренебречь магнитной проницаемостью воздуха.

В.6.4.6.3 Формулы, приведенные выше, используют для цилиндрических гирь. Если гиря не имеет формы идеального цилиндра, могут потребоваться дополнительные поправки или большая неопределенность. Например, дальнейшие вычисления необходимы для учета основания с выемкой, головки гири и т.п., как подробно указано в [6]. Поправки на эти формообразующие элементы тем больше, чем меньше масса (2 г), тогда значение поправок доходит до 10%.

B.6.4.7 Неопределенность

Применяемая методика приводит к неопределенности для магнитной восприимчивости от 10% до 20%. Неопределенность, связанная с этим методом, больше у маленьких гирь в соответствии с [17], [18], [40].

B.6.4.8 Запись результатов

Результаты измерений и вычислений вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.6.5 Магнитная восприимчивость. Метод притяжения

B.6.5.1 Принципы испытания

Величина, измеряемая этим методом, - относительная магнитная проницаемость, определяемая путем сравнения магнитной силы, возникающей в результате действия постоянного магнита на эталон массы, и соответствующей силы, действующей на эталон магнитной проницаемости (см. рисунок В.2). Магнитную восприимчивость вычисляют с использованием уравнения для отношения между относительной магнитной проницаемостью и магнитной восприимчивостью .

Указанный метод может быть использован с гирями номинальной массой 20 г и более и для гирь классов в соответствии с [18] и [19], [см. также таблицу В.3 (b)]. Как правило, устройства, применяемые в этом методе, могут быть использованы только для определения магнитной проницаемости в диапазоне ().

B.6.5.2 Общие положения

Недостаток данного метода состоит в том, что имеющиеся устройства сложно калибровать.

Предупреждение - Существует риск того, что данная методика вызовет постоянное намагничивание испытуемой гири.

Магнит притягивается к гире или к стандартному образцу в зависимости от того, который из них имеет большую магнитную проницаемость.

B.6.5.3 Оборудование

a) Магнит, уравновешенный на шарнире с использованием противовеса (рисунок В.2).

b) Стандартный образец с известной магнитной проницаемостью.

c) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

d) Хорошо освещенная комната.

В.6.5.4 Внешний вид оборудования

На рисунке В.2 приведена схема оборудования. Как правило, устройство включает в себя набор вкладышей (стандартных образцов), которые могут быть использованы.

B.6.5.5 Методика измерений

a) Вставляют подходящий стандартный образец с известной магнитной проницаемостью (далее - проницаемость) в прибор.

b) Устанавливают устройство в устойчивое положение, при этом магнит должен указывать вниз.

c) Передвигают гирю по направлению к устройству (стержневому магниту с известным стандартным образцом) до тех пор, пока она не коснется магнита.

d) Затем очень осторожно отодвигают гирю от устройства.

e) Если стержневой магнит притягивается к гире, то относительная проницаемость гири выше, чем у стандартного образца.

f) Это испытание должно быть проведено при различных положениях как наверху, так и на основании гири.

Для обеспечения сопоставимости этих измерений магнитной восприимчивости процедура должна быть повторена с измерениями образца с известной магнитной восприимчивостью (например, определенной с использованием измерителя магнитной восприимчивости по В.6.4).

B.6.5.6 Неопределенность

Устройство имеет соответствующую неопределенность измерения проницаемости, равную приблизительно 0,3% (30% для восприимчивости) при самой низкой проницаемости () и 8% (13% для восприимчивости) при самой высокой проницаемости (). Методика измерения может иметь большие неопределенности [19].

B.6.5.7 Запись результатов

Результаты измерений и вычислений вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.6.6 Магнитная восприимчивость. Метод магнитометра с насыщенным сердечником

B.6.6.1 Принцип испытания

Метод предназначен для определения относительной магнитной проницаемости объекта путем использования магнитометра с насыщенным сердечником с зондом проницаемости, содержащим постоянный магнит, расположенный вблизи объекта [20].

Предупреждение - Существует риск того, что данная методика может вызвать постоянное остаточное намагничивание испытуемой гири.

B.6.6.2 Общие положения

Как правило, приборы, применяемые для реализации данного метода, могут быть использованы для определения магнитной проницаемости в диапазоне (). Для обеспечения сопоставимости этих определений процедура должна быть повторена с использованием образца с известной магнитной восприимчивостью (например, подходящего стандартного образца, сертифицированного аккредитованной лабораторией).

B.6.6.3 Оборудование

a) Магнитометр с насыщенным сердечником с зондом проницаемости, содержащим постоянный магнит.

b) Образцовый материал с известной магнитной проницаемостью.

c) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

d) Хорошо освещенная комната.

B.6.6.4 Методика измерений

В соответствии с инструкцией изготовителя.

B.6.6.5 Неопределенность

Прибор имеет соответствующую неопределенность измерения проницаемости, равную приблизительно 2% (от 40% до 4% для измерения магнитной восприимчивости) в диапазоне () [20].

B.6.6.6 Запись результатов

Результаты измерений и вычислений вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.6.7 Рекомендованные методы для определения остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости в зависимости от класса точности гирь и их размеров

B.6.7.1 Измерения должны быть проведены с готовыми гирями.

B.6.7.2 Могут быть использованы гауссметр (В.6.2) для определения остаточной намагниченности для всех классов точности, датчик Холла для номинальных значений и магнитометр с насыщенным сердечником для номинальных значений г.

B.6.7.3 В таблицах В.3 (a), В.3 (b) и В.3 (с) приведены рекомендованные методики для гирь различных классов точности.

Таблица В.3 (а) - Остаточная намагниченность. Метод измерителя магнитной восприимчивости (В.6.4)

Масса гири m, г	Класс точности
	, , и без подгоночной полости
	, и
	и

Таблица В.3 (b) - Магнитная восприимчивость

Масса гири	Класс	Класс	Класс	Класс
5000 кг
2000 кг			F	F
1000 кг		F	А	А
500 кг		А	S*	S*
200 кг		S*
100 кг
50 кг
20 кг
10 кг
5 кг	S	F	F	F
2 кг	F	А	А	А
1 кг		S	S	S
500 г
200 г
100 г
50 г			А	А
20 г			S	S
10 г	S	S
5 г			Sp	Sp
2 г
1 г
500 мг
200 мг
100 мг
50 мг	Sp	Sp	Sp	Sp
20 мг
10 мг
5 мг
2 мг
1 мг
Sp - технические требования к материалам (В.6.3). S - измеритель магнитной восприимчивости для гирь без подгоночной полости (В.6.4). А - метод притяжения (В.6.5). F - магнитометр с насыщенным сердечником + постоянный магнит (В.6.6). S* - методы F и А предпочтительней для гирь класса от 100 до 1000 кг, поскольку усилия, необходимые для выполнения измерений с использованием измерителя магнитной восприимчивости, превышают преимущества этого метода при сравнении с методами F и А для гирь класса точности от 100 до 1000 кг. Метод измерителя магнитной восприимчивости не рекомендуется для составных гирь.

Таблица В.3 (c) - Остаточная намагниченность. Гауссметр (В.6.2)

Масса гири	Класс точности
г (датчик Холла)
г (магнитометр с насыщенным сердечником)	, , , , , , , ,

В.7 Плотность

В.7.1 Введение

В таблице 5 приведены предельные значения плотности гирь. Далее представлены шесть принятых методов определения плотности гирь. Альтернативные методы, например взвешивание на весах, погруженных во фторуглеродную жидкость [21], или использование акустического волюметра [22], [23], могут быть применены, если их достоверность подтверждена соответствующей документацией, прилагаемой к протоколу испытаний. Методы испытаний А, В, С и D предусматривают использование воды или другой подходящей рабочей жидкости в качестве эталонной меры плотности. Методы Е и F подходят для гирь более низкого класса или в том случае, если погружение в жидкость неприемлемо. В таблице В.4 приведено краткое описание методов определения плотности. В таблице В.8 (в конце раздела В.7) приведены рекомендованные методы определения плотности по классам точности.

Таблица В.4 - Методы определения плотности

Метод	Описание
А	Наиболее точный метод. Гидростатическая методика сличения испытуемой гири и эталонной гири как в воздухе, так и в жидкости с известной плотностью
В	Самый быстрый и наиболее подходящий метод. Взвешивание гири в воде и проверка того, что показания весов находятся в диапазоне табличных предельных значений, или вычисление плотности по показаниям весов и известной действительной массе испытуемой гири
С	Раздельное определение массы и объема испытуемой гири. Объем определяют по увеличению показаний весов, когда гирю подвешивают в водяном термостате, расположенном на чашке весов
D	Эта методика подходит для гирь номинальной массой >1 кг. Взвешивание испытательного контейнера, заполненного жидкостью, с точно определенной вместимостью, совместно с испытуемой гирей внутри и без нее
E	Эта методика подходит для гирь с подгоночными полостями, которые не могут быть погружены в воду. Вычисление объема проводят по размерам гири
F	Оценка плотности на основании известного состава сплава, из которого изготовлена гиря

В.7.1.1 Проверка предельных значений плотности должна учитывать неопределенность, связанную с используемым методом испытаний. В таблице В.5 приведена общая оценка неопределенности, связанной с каждым методом. Для каждой гири расширенная неопределенность U (для k = 2) определения плотности должна находиться в пределах

. (В.7.1-11)

Однако если неопределенность измерений плотности может быть уменьшена, то может быть принят увеличенный диапазон плотностей, как показано на рисунке В.З. Приложение определенных усилий позволит добиться более низких значений неопределенностей.

Таблица В.5 - Оцененная типичная неопределенность U (для k = 2) в зависимости от используемого метода и массы гирь,

Метод	Оценочная типичная неопределенность, , для гирь массой
	50 кг	1 кг	1 г
А1	-	1,5	60
А2/А3	-	3	60
В1	5	5	60
В2	20	20	60
С	10	10	100
D	5	10	-
Е	30	40	600
F	От 130 до 600

В.7.2 Общие положения

B.7.2.1 Нормальная температура

Нормальная температура для определения плотности составляет 20°С. Если измерение выполняют при другой температуре , (другой эталонной лабораторной температурой может быть 23°С или 27°С), плотность должна быть пересчитана для 20°С с использованием коэффициента объемного расширения материала. Если точно не известен, предлагается для гирь из нержавеющей стали использовать .

. (В.7.2-1)

Неопределенность измерений составляет:

. (B.7.2-2)

В.7.2.2 Требования к малым гирям

Плотность малых гирь, для которых в таблице 5 не приведены предельные значения, проверять не требуется. Плотность гирь массой менее 1 г должна быть оценена в соответствии с методом F (см. ниже) с учетом информации изготовителя о материале, из которого изготовлены гири.

В.7.2.3 Рабочая жидкость

Рабочая жидкость не должна оказывать влияния на гири. Предпочтительно использовать дистиллированную и дегазированную воду, так как ее плотность представляет собой хорошо известную функцию температуры [24], [25]*(1) и ее чистоту легко контролировать [26]*(2). В формулах в настоящем подразделе использовано постоянное значение плотности жидкости. Для вычислений с использованием карманного калькулятора в таблице В.6 приведен пересчет некоторых значений плотности для воды. Плотность воздуха можно рассчитать, используя приближенную формулу (Е.3-1).

Таблица В.6 - Плотность воды

, °С	,	, []
18,0	998,593	-0,190
18,5	998,499
19,0	998,402	-0,201
19,5	998,303
20,0	998,201	-0,212
20,5	998,096
21,0	997,989	-0,222
21,5	997,879
22,0	997,767	-0,232
22,5	997,652
23,0	997,535	-0,242
23,5	997,415
24,0	997,293	-

B.7.2.4 Водопроницаемость подгоночной полости

Гири, имеющие подгоночную полость, не следует погружать в воду, так как она может попасть в полость во время измерений. Это повлияет как на плотность, так и на массу гири и нарушит стабильность массы. Для гирь с полостью предпочтителен метод определения объема по геометрическим размерам гирь. Однако если всю воду возможно впоследствии убрать, необходимо выполнить гидростатическое взвешивание с открытой полостью, тщательно удаляя попавшие пузырьки воздуха.

B.7.2.5 Удаление воздуха

Для точных измерений в воде чрезвычайно важно удалить пузырьки воздуха из гири и держателя гири. Это также справедливо для стенок жидкостного термостата для методов С и D, особенно в отношении маленьких гирь*(3). Практичный способ уменьшения риска возникновения воздушных пузырьков заключается в дегазации воды и гири в воде путем приложения отрицательного давления к контейнеру приблизительно на 10-15 мин*(4).

B.7.2.6 Держатель гири и проволочная подвеска

Расположение гири на держателе под водой может случайно повлечь за собой повреждение как гири, так и термостата (стекло). Надежнее всего погружать гирю и держатель вместе. Однако воздушные пузырьки легче обнаружить, если держатель и гирю погружают по отдельности. Следует использовать такой держатель гири, который позволит предотвратить ее падение. Если требуется низкая неопределенность измерений, проволочная подвеска должна быть тонкой, чистой и проходить границу воздуха и воды под прямым углом*(5).

B.7.2.7 Масса или условная масса

В формулах, приведенных ниже, масса может быть взята как условная масса, и наоборот, поскольку при рассмотрении неопределенности, полученной и необходимой для определения плотности гири, разница между значениями ее массы и условной массы несущественна. По этой же причине номинальное значение может быть взято для массы или условной массы гири, при предположении, что ее условная масса удовлетворяет пределам допускаемой погрешности, приведенным в таблице 1.

В.7.2.8 Сушка гири

После извлечения гири из термостата с водой большая часть воды сразу же стечет с поверхности гири. Оставшиеся капли следует стереть с использованием тонкой ткани. Для стабилизации гири допускается поместить под подходящий колпак (перевернутый лабораторный стакан на прокладках для обеспечения вентиляции).

B.7.3 Измерение испытательного образца

Измерение плотности может быть проведено на одном испытательном образце, взятом из куска металла, использованного для изготовления гири. Испытательный образец должен быть как можно более похож на гирю и иметь подходящий объем и форму для измерения плотности. Шероховатость испытательного образца должна быть такая же или меньше, чем шероховатость гири. Плотность гири предполагается равной плотности испытательного образца. Стандартную неопределенность этого значения получают сложением относительной стандартной неопределенности, равной , и стандартной неопределенности плотности испытательного образца.

B.7.4 Метод испытания А (гидростатическое сличение)

Этот метод может быть реализован тремя разными способами.

Метод А1 (две разные эталонные гири, взвешенные в воздухе): сличение испытуемой и эталонной гирь в воздухе и сличение испытуемой гири в жидкости и второй эталонной гири в воздухе.

Метод А2 (эталонные гири, взвешенные в воздухе и в жидкости): сличение испытуемой и эталонной гири в воздухе и сличение испытуемой гири и (той же самой или другой) эталонной гири, когда они обе находятся в жидкости.

Метод A3 (непосредственное взвешивание): взвешивание испытуемой гири в воздухе и в жидкости при использовании показания весов вместо массы эталонных гирь.

B.7.4.1 Оборудование

a) Лабораторные весы с достаточной максимальной нагрузкой и высоким разрешением (как правило, относительное разрешение ), приспособленные для взвешивания нагрузки, подвешенной под весами.

b) Водный термостат с термостатическим регулированием в пределах 20°С 0,2°С.

c) Проволочная подвеска и держатели для гирь различных размеров.

d) Механизм для нагружения и разгрузки держателя для гирь в воде.

e) Эталоны массы с известной плотностью.

f) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

g) Хорошо освещенная комната.

B.7.4.2 Испытательный метод А1 (две разные эталонные гири, взвешенные в воздухе)

B.7.4.2.1 Методика измерений

Определяют плотность жидкости и плотность воздуха во время испытания:

a) Первое взвешивание (испытуемая гиря в воздухе):

1) взвешивают испытуемую гирю в воздухе плотностью ;

2) записывают показание ;

3) осторожно удаляют гирю .

b) Второе взвешивание (эталонная гиря в воздухе):

1) взвешивают эталонную гирю в воздухе плотностью ;

2) записывают показание ;

3) осторожно удаляют гирю .

c) Третье взвешивание (испытуемая гиря в жидкости):

1) взвешивают испытуемую гирю в жидком термостате (плотностью );

2) записывают показание ;

3) осторожно удаляют гирю .

d) Четвертое взвешивание (вторая эталонная гиря в воздухе):

1) взвешивают эталонную гирю в воздухе (плотностью );

2) записывают показание ;

3) осторожно удаляют гирю .

Вторая эталонная гиря , как правило, представляет собой комбинацию гирь, для которых показание весов близко к показанию весов для погруженной гири.

B.7.4.2.2 Вычисления

Обозначение представляет собой общую массу гирь, a - эффективную плотность. Эффективную плотность вычисляют по формуле

, (B.7.4-1)

где - объемы гирь. Тогда плотность испытуемой гири вычисляют по формуле

, (B.7.4-2)

где ; (В.7.4-3)

; (B.7.4-4)

; (В.7.4-5)

; (B.7.4-6)

; (B.7.4-7)

- плотность гири для определения чувствительности;

- плотность воздуха во время калибровки весов.

Относительная неопределенность

, (B.7.4-8)

где (пренебрежимо мало в большинстве случаев); (B.7.4-9)

; (B.7.4-10)

; (B.7.4-11)

; (B.7.4-12)

; (B.7.4-13)

. (B.7.4-14)

Предполагается, что значения массы и плотности эталонных гирь коррелированы;

u() - неопределенность, обусловленная эффектом поверхностного натяжения, действующим на проволочную подвеску (если проволока имеет диаметр 1 мм, то максимальный эффект может составить 23 мг; если диаметр проволоки 0,1 мм, то эффект может составить 2,3 мг).

При температуре окружающей среды около 20°С неопределенность определения плотности воды приблизительно связана с неопределенностью ее температуры в градусах Цельсия (температура воды) следующим образом:

. (В.7.4-15)

В соответствии с формулой (В.7.4-2) могут быть достигнуты неопределенности до 0,05 .

В большинстве случаев поправочные коэффициенты на выталкивающую силу воздуха , и существенно не отличаются друг от друга и могут быть установлены равными единице, что приводит к упрощению формулы (В.7.4-2) следующим образом:

. (B.7.4-16)

Относительная неопределенность

, (B.7.4-17)

где ; (B.7.4-18)

; (B.7.4-19)

; (B.7.4-20)

. (B.7.4-21)

В соответствии с формулой (В.7.4-16) могут быть достигнуты неопределенности до 0,2 .

В.7.4.3 Метод А2 (эталонные гири, взвешенные в воздухе и в жидкости)

В.7.4.3.1 Методика измерения

Плотность испытуемой гири вычисляют по формуле (В.7.4-22) или (В.7.4-31).

Когда используют одну и ту же эталонную гирю для измерения в воздухе и в жидкости: и , тогда:

, (В.7.4-22)

где ; (В.7.4-23)

; (В.7.4-24)

и определяют в соответствии с формулой (В.7.4-2).

Относительная неопределенность

, (В.7.4-25)

где (в большинстве случаев пренебрежимо мало); (В.7.4-26)

(В.7.4-27)

(в большинстве случаев пренебрежимо мало);

; (В.7.4-28)

; (В.7.4-29)

. (В.7.4-30)

В соответствии с формулой (В.7.4-22) могут быть достигнуты неопределенности до 0,1 .

Когда используются разные эталонные гири для измерения в воздухе и в жидкости: и , тогда:

, (B.7.4-31)

где ; (B.7.4-32)

. (B.7.4-33)

Относительная неопределенность

, (B.7.4-34)

где ; (B.7.4-35)

(в большинстве случаев пренебрежимо мало); (B.7.4-36)

(в большинстве случаев пренебрежимо мало); (B.7.4-37)

; (B.7.4-38)

; (B.7.4-39)

; (B.7.4-40)

. (B.7.4-41)

Предполагается, что массы эталонных гирь коррелированы. Для u () см. в В.7.4.2.2.

По формуле (В.7.4-31) могут быть достигнуты неопределенности до 0,1 .

В.7.4.4 Метод A3 (непосредственное взвешивание)

Вместо использования методики сличения процедура может быть упрощена путем непосредственного снятия показаний весов.

B.7.4.4.1 Методика измерений

Методика измерений аналогична приведенной в В.7.4.2.1, за исключением того, что опущены процедуры по перечислениям b) и d).

B.7.4.4.2 Вычисления

Соответствующее уравнение для данной ситуации имеет вид

. (B.7.4-42)

Обязательное условие такого упрощения - это точно калиброванные весы. и означают показания весов для испытуемой гири соответственно в воздухе (подстрочный индекс "а") и в жидкости (подстрочный индекс "1") после того, как весы были тарированы без гири на чашке весов или на погруженном держателе.

Относительная неопределенность

, (B.7.4-43)

где ; (B.7.4-44)

; (B.7.4-45)

; (B.7.4-46)

. (B.7.4-47)

В соответствии с формулой (В.7.4-42) могут быть достигнуты неопределенности до 0,2 .

В.7.5 Метод испытания В (проверка плотности)

В.7.5.1 Принцип

Метод В представляет собой упрощенную форму гидростатического метода и заключается только во взвешивании в жидкости. Испытуемую гирю подвешивают на тонкой проволоке достаточной прочности в воде плотностью . Дисплей весов показывает значение массы .

Этот метод может быть реализован двумя различными способами:

Метод В1: вычисление плотности по формуле (В.7.5-1) и соответствующей неопределенности по формуле (В.7.5-2) (обязательно для класса точности ).

Метод В2: проверка того, что плотность находится в предписанном диапазоне. Предельные значения для показания весов вычисляют по минимальным и максимальным пределам для плотности, которые приведены в таблице 5. Оцененную неопределенность измерения метода определения плотности учитывают в зависимости от размера гири. В качестве дополнительной меры безопасности принято, что минимальные пределы базируются на предполагаемой температуре воды 24°С, а максимальные пределы - на температуре 18°С.

B.7.5.2 Оборудование

а) Лабораторные весы с подходящим диапазоном. Рекомендуется относительное разрешение с соответствующим уровнем воспроизводимости.

b) Жидкостный термостат со стабилизацией температуры в диапазоне от 18°С до 24°С. Если весы оборудованы приспособлением для взвешивания под весами, они могут быть подняты на подставке над термостатом (см. рисунок В.4), или термостат может быть помещен на опорную платформу, как показано на рисунке В.5.

с) Основной кронштейн, который может быть прикреплен к чашке весов.

d) Держатель (держатели) гирь различных размеров с соответствующей проволочной подвеской (подвесками).

e) Эталонные гири для юстировки весов.

f) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

B.7.5.3 Методика измерения

a) Погружают гирю (или набор гирь) в термостат с дистиллированной водой при температуре от 18°С до 24 °С. Термостат допускается поместить на опорную платформу, как показано на рисунке В.5.

b) Прикрепляют основной кронштейн к чаше весов и подвешивают держатель гирь с основного кронштейна на тонкой проволочной подвеске достаточной прочности таким образом, чтобы держатель гирь полностью погрузился в жидкость. Граница воздуха и воды на проволочной подвеске должна быть четко определена.

c) Тарируют весы так, чтобы они показывали нуль*(6).

d) Удаляют воздушные пузырьки с гири и помещают ее на держателе.

e) Не следует шевелить проволочную подвеску, чтобы избежать разрушения мениска на водной поверхности.

f) После стабилизации снимают и записывают показание весов .

g) С использованием пинцета кладут испытуемую гирю обратно на место хранения.

h) Записывают параметры окружающей среды в лаборатории (температуру воздуха, давление и влажность) и температуру жидкости.

B.7.5.4 Результаты

В.7.5.4.1 Метод В1

Вычисление плотности с использованием номинального значения массы гири. Плотность вычисляют в соответствии с формулой

. (B.7.5-1)

Неопределенность измерения методом В1:

, (B.7.5-2)

где ; (B.7.5-3)

; (B.7.5-4)

; (B.7.5-5)

- неопределенность, обусловленная эффектом поверхностного натяжения, действующим на проволочную подвеску (см. также В.7.4.2.2).

Неопределенность измерения для метода В1 составляет, как правило, или меньше для гирь большего размера и до для гирь номинальной массой 1 г в зависимости от размера и осторожности обращения. Неопределенность измерения увеличивается по мере уменьшения размера гири.

В.7.5.4.2 Метод В2

Плотность гири проверяют сличением значения с двумя предельными значениями и для соответствующего размера гири. Предельные значения сведены в таблицу в международной рекомендации R 111-2 для гирь классов от до .

В.7.5.5 Запись результатов

Результаты измерений и расчетов вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.7.6 Метод испытания С (определение объема путем взвешивания вытесненной жидкости)

Этот метод непрактичен для гирь номинальной массой менее 1 г.

B.7.6.1 Принцип

Этот метод может быть реализован двумя способами:

1) масса испытуемой гири не известна;

2) масса испытуемой гири известна.

B.7.6.2 Общие положения

Вместо измерения выталкивающей силы, действующей на гирю в воде, определяют объем жидкости, вытесняемой погруженной гирей. При известной массе испытуемой гири рассчитают ее плотность.

B.7.6.3 Оборудование

a) Лабораторные весы с максимальной нагрузкой от 200 г до 100 кг с относительным разрешением или лучше и соответствующей воспроизводимостью.

b) Жидкостный термостат (термостаты) подходящего размера (размеров).

c) Стойка, регулируемая по высоте, для удержания гирь, подвешенных в воде.

d) Проволочная подвеска (подвески) и держатель (держатели) для гирь подходящего размера (размеров).

e) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

f) Хорошо освещенная комната.

B.7.6.4 Методика измерений

a) Ставят контейнер с водой на чашку весов.

b) Подвешивают держатель гирь и проволочную подвеску на отдельной стойке.

c) Тарируют весы, если таковая функция имеется. Если эта функция отсутствует, снимают показание .

d) Поднимают держатель над поверхностью воды, ставят гирю на держатель и погружают его в воду снова.

e) Регулируют высоту таким образом, чтобы проволочная подвеска пересекала границу воздуха и воды на той же высоте, как раньше.

f) Снимают показание (или , если весы не имеют функции тарирования, ).

g) Записывают параметры окружающей среды в лаборатории: температуру воздуха, давление, влажность и температуру жидкости.

h) Определяют плотность воздуха в лаборатории и плотность воды в термостате , используя формулу (Е.3-1) и таблицу В.6.

За массу вытесненной воды принимают показания весов . Если необходимо, экстраполируют испарение за время, истекшее с последнего тарирования*(7).

В.7.6.5 Вычисления

Разница между двумя показаниями равна количеству вытесненной жидкости, взвешенной в воздухе. Если масса испытуемой гири уже известна, значения и вводят в формулу (В.7.6-1) для вычисления плотности испытуемой гири.

. (B.7.6-1)

Если пока не известна, тогда испытуемую гирю взвешивают на весах, и показанное значение в воздухе используют вместе с в формуле (В.7.6-2) для вычисления плотности .

. (В.7.6-2)

В.7.6.6 Неопределенность измерения метода С

Для формулы (В.7.6-1):

, (В.7.6-3)

где ; (В.7.6-4)

; (В.7.6-5)

; (В.7.6-6)

. (В.7.6-7)

Для формулы (В.7.6-2)

, (B.7.6-8)

где ; (B.7.6-9)

; (B.7.6-10)

; (B.7.6-11)

. (B.7.6-12)

В диапазоне неопределенность измерения составляет от до в зависимости от размера гирь и осторожности обращения. Перед сличением расчетного значения плотности с минимальными и максимальными пределами плотности по таблице 5 значение должно быть расширено на неопределенность, ожидаемую для этого метода, или на предел оценки неопределенности.

В.7.6.7 Запись результатов

Результаты измерений с указанием метода С определения плотности вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.7.7 Метод испытания D (определение вытесненной жидкости в сосуде с постоянным объемом)

B.7.7.1 Принцип

С большими гирями неудобно работать при гидростатическом взвешивании. Альтернативный способ определения их объема - взвешивание жидкости, которую они вытесняют, косвенным способом, с использованием сосуда с постоянным регулируемым объемом.

В.7.7.1.1 Сосуд заполняют водой (см. рисунок В.7) до четко определенного уровня и дважды взвешивают: первый раз с гирей в воде и второй раз без нее. Соответствующими показаниями весов являются и . Горлышко контейнера не должно быть более 1 см, причем вода должна иметь однородную и стабильную температуру в пределах °С. Следят за тем, чтобы объем гири не был слишком мал по сравнению с объемом сосуда, уплотнение на сосуде не имело течи и не было попадания воздуха. При условии постоянной плотности жидкости плотность гири вычисляют по разности в соответствии с формулой (В.7.7-1), которая аналогична формуле (В.7.5-1).

. (B.7.7-1)

B.7.7.2 Оборудование

a) Лабораторные весы с максимальной нагрузкой от 5 до 100 кг и относительным разрешением или лучше.

b) Прозрачный испытательный сосуд (сосуды) подходящей конструкции с точно контролируемым уровнем заполнения.

c) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

d) Хорошо освещенная комната.

B.7.7.3 Методика измерений

a) Помещают гирю в сосуд и заполняют его осторожно водой до четко определенного уровня (например, пока она не перетечет через затвор).

b) Взвешивают сосуд вместе с гирей и жидкостью.

c) Снимают и записывают показание .

d) Удаляют гирю и добавляют воды такой же температуры до такого же уровня. Нет необходимости знать объем, если температура воды постоянна.

e) Взвешивают сосуд, содержащий жидкость.

f) Снимают и записывают показание .

g) Разница между показаниями обусловлена массой гири минус масса вытесненной воды*(8).

h) Записывают параметры окружающей среды в лаборатории (температуру воздуха, давление и влажность) и температуру жидкости.

i) Определяют плотность воздуха в лаборатории и плотность воды в термостате , используя формулу (Е.3-1) и данные таблицы В.6.

В.7.7.4 Неопределенность измерения метода D

, (B.7.7-2)

где ; (B.7.7-3)

; (B.7.7-4)

; (В.7.7-5)

- составляющая неопределенности, обусловленная двумя уровнями воды с гирей и без нее.

Неопределенность этого метода имеет порядок или менее для гири номинальной массой 1 кг, но уменьшается для гирь большего размера при следующих условиях: горлышко контейнера очень узкое; вода имеет однородную и стабильную температуру в пределах °С; объем гири не слишком мал по сравнению с объемом сосуда; уплотнение не течет; отсутствует попадание воздуха.

В.7.7.5 Запись результатов

Результаты измерений с указанием метода D определения плотности вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.7.8 Метод испытания Е (определение объема путем геометрических измерений)

В.7.8.1 Принцип

Объем гири может быть рассчитан по ее размерам при использовании соответствующей формулы. Объем может быть разделен на несколько элементарных частей, которые также могут включать в себя полость [27]. Впоследствии будут рассмотрены гири, которые имеют форму в соответствии с рисунком А.1 (здесь - без полости, см. рисунок В.8). Стандартные формулы для трех относительно простых геометрических форм головки А, грузового кольца В и основного тела С приведены в [27]. В некоторых случаях гиря может иметь углубление D на дне. Вычисление частей объема проводят непосредственно.

В.7.8.1.1 Оборудование

a) Штангенциркуль, предпочтительнее с разрешением 0,01 мм.

b) Микрометр (для маленьких гирь).

c) Радиусный шаблон (в качестве альтернативы используют значения по таблице А.1).

d) Инструменты для работы с гирями (например, лабораторные перчатки, неворсистая ткань, лабораторный пинцет).

e) Хорошо освещенная комната.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

В.7.8.3 Методика измерений

a) Измеряют высоту, диаметры и радиусы, а также размеры любой полости ячейки в соответствии с рисунком В.8.

b) Рассчитывают и добавляют объемы для частей А, В, С и D в соответствии с формулами (В.7.8-1)-(В.7.8-5).

c) Рассчитывают плотность по массе и объему.

; (B.7.8-1)

; (B.7.8-2)

; (B.7.8-3)

; (B.7.8-4)

. (B.7.8-5)

B.7.8.4 Неопределенность измерения метода Е

Самая большая составляющая неопределенности обусловлена отклонением действительной формы от математической модели. Для гирь, имеющих форму в соответствии с приложением А, диапазон неопределенности составляет от 30 для больших гирь до 600 для маленьких гирь. Для гирь с полостями или гирь другой формы неопределенность может быть в два раза больше [25].

В.7.8.5 Запись результатов

Результаты измерений с указанием метода Е определения плотности вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.7.9 Метод испытания F (оценка на основании известного состава)

B.7.9.1 Принцип

Большинство гирь изготовлено из одного (из ограниченного числа) сплава. Точное значение плотности зависит от относительной пропорции компонентов каждого сплава. Типичные значения плотности приведены таблице В.7.

B.7.9.2 Метод F1

Если известно, что поставщик постоянно применяет один и тот же сплав для изготовления гирь определенного класса и его плотность известна из предыдущих испытаний, тогда известная плотность должна быть использована с неопределенностью, составляющей одну треть от неопределенности, приведенной в таблице В.7, до одного и того же сплава.

B.7.9.3 Метод F2

Получают у поставщика информацию о составе сплава, из которого изготовлены гири, подлежащие испытанию. Находят значение плотности в справочнике по физике/химии, в котором имеются таблицы плотности, как функции концентрации составляющих элементов. Используют справочное значение плотности и находят значение неопределенности из таблицы В.7. Для гирь классов с по значения "оцениваемой плотности" в таблице В.7, приведенной ниже, считают адекватными. Плотность гирь класса точности , как правило, не учитывают.

Таблица В.7 - Метод F2 - Перечень сплавов, наиболее часто используемых для изготовления гирь

Сплав/материал	Предполагаемая плотность,	Неопределенность (k = 2),
Платина	21 400
Нейзильбер	8 600
Латунь	8 400
Нержавеющая сталь	7 950
Углеродистая сталь	7 700
Железо	7 800
Чугун (белый)	7 700
Чугун (серый)	7 100
Алюминий	2 700

В.7.9.4 Вычисления

В.7.9.4.1 Плотность гирь с подгоночной полостью

Подгонка гири с плотным материалом внутри полости может также влиять на плотность гири. Если сплав X (плотностью ) составляет x процентов, а подгоночный материал Y (плотностью ) составляет у процентов окончательной массы, то плотность может быть рассчитана по формуле

. (В.7.9-1)

В.7.9.4.2 Плотность составной гири

По этой же формуле (В.7.9-1) может быть рассчитана результирующая плотность, если две различные составляющие образуют гирю или если две гири с различной плотностью используют в качестве образца. Предпочтительными металлами для изготовления составных частей гирь считают вольфрам (), свинец (), молибден () и олово ().

В.7.9.5 Запись результатов

Результаты измерений с указанием метода F определения плотности вносят в протокол, форма которого приведена в международной рекомендации R 111-2.

В.7.10 Рекомендованные методы для определения плотности

Таблица В.8 - Рекомендованные методы определения плотности гирь

Масса гири	Класс
				, ,
5000 кг
2000 кг
1000 кг			Е, F
500 кг		Е, F		F
200 кг
100 кг
50 кг	А, С, D
20 кг
10 кг		D, E, F	D, E, F
5 кг	А, B1*, С, D
2 кг
1 кг
500 г	А, В*, С	В, F
200 г			В, С, F
100 г
50 г
20 г	А, В1*	В, С, F
10 г
5 г
2 г	В*, F1		F
1 г		F
500 мг
200 мг
100 мг	F1
50 мг
20 мг
* При использовании метода В для гирь класса значение плотности может быть рассчитано по формуле (В.7.5-1).

Примечания

1 Плотность, как правило, не учитывают для гирь класса точности .

2 Чистка должна быть проведена после измерения плотности, если в системе была использована не вода [другие, как правило, используемые жидкости (например, фторуглероды) оставляют осадок, который необходимо удалить с использованием такого растворителя, как спирт].

В.8 Присвоение класса старым и/или специальным гирям, выпущенным до введения в действие настоящего стандарта

B.8.1 Сфера применения

Этот раздел посвящен гирям, выпущенным до введения в действие настоящего стандарта, или гирям, которые имеют особую конструкцию или нестандартные номинальные значения, так как они были созданы для уникального применения.

B.8.1.1 Для гирь, выпущенных до введения в действие настоящего стандарта, и/или специальных гирь допускаются определенные исключения относительно их формы и шероховатости поверхности, но они подчиняются требованиям В.8.2 и В.8.3. Следует уделить особое внимание старым гирям, особенно в случаях, когда имеется подробная документация о стабильности гирь. Тем не менее, кроме особых исключений, допускаемых в В.8.2 и В.8.3, к ним применимы все другие требования в соответствии с настоящим стандартом.

B.8.1.2 В соответствии с настоящим разделом старым и/или специальным гирям может быть присвоен один из классов от до . Как правило, достаточно классифицировать гирю только один раз. Последующие повторные калибровки подчиняются допускам и условиям для соответствующего класса.

B.8.2 Исключения, касающиеся шероховатости поверхности

В соответствии с 11.1.2 настоящего стандарта:

Визуальной проверки может быть достаточно, за исключением случаев, когда возникают сомнения или споры. В таких случаях необходимо использовать значения, приведенные в таблице 6. Значение максимальной шероховатости поверхности, допускаемой для гирь номинальной массой более 50 кг, должно быть в два раза больше значений, приведенных в таблице 6.

В соответствии с В.5.3.1.2.2, перечисление 2) индивидуальные царапины не следует учитывать при выполнении измерения шероховатости.

Для гирь, выпущенных до введения в действие настоящего стандарта, и/или специальных гирь шероховатость следует считать приемлемой, если существует адекватная документация, показывающая, что масса гири стабильна, и если значение шероховатости поверхности не превышает в два раза значений по таблице 6 для соответствующего класса точности.

B.8.3 Маркировка

Для гирь, выпущенных до введения в действие настоящего стандарта, и/или специальных гирь требования раздела 14 настоящего стандарта считают выполненными, если класс точности отмечен на коробке с гирями. Это относится к классам , , , и . В соответствии с 13.4.3 гири класса точности должны быть маркированы либо как "", либо как "М".

______________________________

*(1) Гиря, которая не была вычищена перед испытанием, может показывать более низкий вес после погружения ее в чистую воду и последующей стабилизации.

*(2) Допускается использовать и другие жидкости с хорошо известной и стабильной плотностью. Для получения маленьких неопределенностей измерения важно работать при постоянной и точно известной температуре. Это наиболее важно, если вместо воды используется жидкость с более высоким коэффициентом теплового расширения.

*(3) Например, в случае с гирей 20 мг изменение показания компаратора на 20 мкг приведет к различию в результате измерения плотности 80 .

*(4) Плотность воздуха, насыщенного водой, приблизительно на 0,0025 ниже, чем воды без воздуха.

*(5) Компенсационный метод учитывает, что держатель, а также погруженная проволочная подвеска вытесняют воду. Кроме того, этот метод компенсирует дополнительную силу, возникшую из-за образования мениска на границе воздуха и воды, которая не отражена в последующих уравнениях. Диаметр проволоки от 0,1 до 0,3 мм для гирь номинальной массой до 2 кг подходит для большинства случаев.

*(6) Если весы не имеют функции тарирования, представляет собой разницу между вторым и первым взвешиваниями.

*(7) Снимают показания несколько раз, чтобы оценить скорость испарения во времени, и корректируют разницу во времени между тарированием и снятием показаний. Следует обратить внимание на непрактичность повторения метода С, поскольку гирю необходимо высушивать перед тем, как снова погрузить ее в воду.

*(8) При повторении метода D нет необходимости высушивать гирю перед последующим погружением в воду.