JJF 2165-2024 实验室振动式液体密度仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2165—2024
实验室振动式液体密度仪校准规范
CalibrationSpecificationforLaboratoryOscillation-typeLiquid
DensityMeters
2024-10-19发布2025-04-19实施
国家市场监督管理总局 发布
实验室振动式液体密度仪
校准规范
CalibrationSpecificationforLaboratory
Oscillation-typeLiquidDensityMeters
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JJF2165—2024
代替JJG1058—2010
归口单位:全国质量密度计量技术委员会
主要起草单位:中国计量科学研究院
参加起草单位:东营港有限责任公司
河北省计量监督检测研究院
山东省日照市计量科学研究院
国家石油天然气管网集团有限公司
中石化石油化工科学研究院有限公司
本规范委托全国质量密度计量技术委员会负责解释
JJF2165—2024
本规范主要起草人:
刘 翔(中国计量科学研究院)
李占宏(中国计量科学研究院)
参加起草人:
杨金鑫(东营港有限责任公司)
白月霞(河北省计量监督检测研究院)
裴志强(山东省日照市计量科学研究院)
王德宁(国家石油天然气管网集团有限公司)
杨 鹤(中石化石油化工科学研究院有限公司)
JJF2165—2024
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语和计量单位……………………………………………………………………… (1)
3.1 术语………………………………………………………………………………… (1)
3.2 计量单位…………………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 校准用标准物质和校准设备……………………………………………………… (2)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
7.1 校准前准备工作…………………………………………………………………… (3)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (3)
8 数据处理及校准结果表达…………………………………………………………… (4)
8.1 示值误差…………………………………………………………………………… (4)
8.2 重复性……………………………………………………………………………… (4)
8.3 校准结果表达……………………………………………………………………… (4)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (5)
附录A (0~40)℃纯水密度表(不含空气) ………………………………………… (6)
附录B CIPM-2007空气密度计算公式……………………………………………… (8)
附录C 密度仪测量结果不确定度评定示例………………………………………… (10)
附录D 实验室振动式液体密度仪校准原始记录…………………………………… (14)
附录E 实验室振动式液体密度仪校准证书内页(示例) ………………………… (15)
Ⅰ
JJF2165—2024
引 言
JJF1071 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001 《通用计量术语及定义》和
JJF1059.1 《测量不确定度评定与表示》构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。
本规范的计量特性、校准项目和校准方法主要参照JJF1005 《标准物质通用术语和定
义》、JJG1058 《实验室振动式液体密度仪》、ISO15212-1 《振动型密度仪 第1部分:
实验室仪器》(Oscillation-typedensity meters—Part1:Laboratoryinstruments)和
ISO12185 《原油和石油产品 密度测定 U 形振动管法》(Crudepetroleumandpetroleumproducts—
Determinationofdensity—OscillatingU-tubemethod)的相关内容。
本规范列出了实验室振动式液体密度仪的校准条件、校准项目、校准方法及不确定
度评定。
本规范代替JJG1058—2010 《实验室振动式液体密度仪》。
本规范的历次版本发布情况为:
JJG1058—2010。
Ⅱ
JJF2165—2024
实验室振动式液体密度仪
校准规范
1 范围
本规范适用于常压下实验室振动式液体密度仪(含台式振动式密度仪和便携式振动
式密度仪)的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJF1001 通用计量术语及定义
JJF1005 标准物质通用术语和定义
JJF1059.1 测量不确定度评定与表示
JJF1071 国家计量校准规范编写规则
ISO12185 原油和石油产品 密度测定 U 形振动管法(Crudepetroleumand
petroleumproducts—Determinationofdensity—OscillatingU-tubemethod)
ISO15212-1 振动型密度仪 第1部分:实验室仪器(Oscillation-typedensity
meters—Part1:Laboratoryinstruments)
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 术语和计量单位
3.1 术语
3.1.1 液体密度有证标准物质 densitycertifiedreferencematerial
附有标准物质证书的液体密度标准物质,其密度值用建立了溯源性的程序确定,可
溯源至固体密度基准或副基准,其密度值附有给定包含概率的不确定度。
注:通常用于密度量值传递。
3.2 计量单位
密度的计量单位:kg/m3或g/cm3。
4 概述
实验室振动式液体密度仪(以下简称密度仪)主要由振动传感器、温度传感器、数
据处理单元、显示单元等组成。当传感器内液体密度发生变化时,其振动周期也相应变
化,利用仪器系数按照方程计算得到被测液体在相应测量条件下的密度。传感器内液体
密度与其振动周期、液体温度之间的关系可简化表示为公式(1):
ρ=f(k,t,T) (1)
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式中:
ρ———传感器内液体密度;
k———密度仪系数;
t———液体温度;
T ———振动周期。
5 计量特性
本校准规范重点关注密度仪示值误差和重复性。
密度仪的分辨力和示值误差的最大允许误差的关系见表1。
表1 分辨力和示值误差的最大允许误差
密度仪标称参数
分辨力
kg/m3
校准系数
密度仪示值误差的
最大允许误差
kg/m3
1 2 ±2
0.1 10 ±1.0
0.1 5 ±0.5
0.01 20 ±0.20
0.01 10 ±0.10
0.01 5 ±0.05
0.001 100 ±0.100
0.001 50 ±0.050
注:以上所有指标不适用于合格性判别,仅提供参考。
表中最大允许误差可作为选择校准密度仪所用液体密度标准物质的依据。
6 校准条件
6.1 环境条件
实验室环境应满足密度仪安装要求,不得存在强烈的机械振动和电磁干扰。实验室
温度应控制在(20±5)℃,相对湿度20%~70%。环境应通风良好,须配备消防设施
及水源。
6.2 校准用标准物质和校准设备
6.2.1 标准物质
校准密度仪时使用的液体密度标准物质应为有证标准物质。通常选择标准物质的测
量不确定度U(ρref)应不大于被校准密度仪最大允许误差绝对值的1/3,即:U ρref ≤
13MPE 。
对
于
最
大
允
许
误
差
为
±
0.05kg/m3的
密
度
仪
,
液
体
密
度
标
准
物
质
密
度
最
大
2
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允许不确定度为最大允许误差绝对值的1/2。
校准用液体密度标准物质应清澈、透明、无可见颗粒等物质,具备较好的均匀性。
液体密度标准物质的黏度低于50mPa·s。
6.2.2 主要配套设备
主要配套设备及技术要求见表2。
表2 主要配套设备
设备名称技术要求
温湿度表
温度测量范围(5~50)℃,最大允许误差±0.5℃;
相对湿度测量范围10%~85%,最大允许误差±3%
压力计压力测量范围(800~1060)hPa,最大允许误差为±5.0hPa
注射器及附件注射器容积为(10~20)mL
注:选用的注射器和附件不能与密度标准液体发生反应。
6.2.3 辅助设备及材料
6.2.3.1 清洗液:蒸馏水、无水乙醇、石油醚、洗涤剂等,可以有效去除液体密度标
准物质在传感器内的残留,同时对传感器及附件无腐蚀、粘结作用。
6.2.3.2 空气泵:对于没有配备内置空气泵的密度仪,需要配有空气气源,通常气源
提供的空气压力不大于0.1MPa。
6.2.3.3 恒温水浴槽:显示分辨力不低于±0.1℃,稳定性等于或优于±0.2℃。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准前准备工作
7.1.1 被校准密度仪应具有铭牌或产品标识;应有型号、编号、分辨力和制造厂商等
信息;密度仪显示屏应读数清晰、完整;传感器内部应清洁干燥;按键应接触良好,能
正常工作,各连接紧固件无松动。
7.1.2 密度仪在校准前需通电预热,预热时间可依据仪器使用说明书规定的时间或用
户设定的时间。若无以上规定,则预热时间应不少于30min。
7.1.3 具有自校功能的密度仪,校准前按照密度仪说明书的规定进行自校。
7.2 校准方法
a)对于具备温度控制功能的密度仪,要先将温度设置为校准温度。选取要校准的
某一密度点所用的液体密度标准物质后,使用密度仪自带的进液装置或手工使用注射器
将液体密度标准物质缓慢注入仪器传感器并完全排出气泡,待仪器温度稳定后得到密度
仪测量结果ρi 。
对于不具备温度控制功能的密度仪,需要使用恒温水槽将液体密度标准物质控制到
校准温度,条件稳定后获得密度仪测量结果ρi 。
b)按照密度仪使用说明书规定使用易于溶解液体密度标准物质的洗剂进行密度仪
3
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传感器的冲洗,用洁净干燥空气吹干,确保传感器内无液体残留。
c)重复液体密度的测量,完成校准温度下至少5次测量。
注:重复测量需要注入新的液体。
d)重复上述步骤a)~c),完成所有需校准密度点的测量。
8 数据处理及校准结果表达
8.1 示值误差
对于每一校准点示值误差E 计算方式如下:
E =?ρ -ρref (2)
?ρ =1 nΣn
i=1
ρi (3)
式中:
E ———密度示值误差,kg/m3;
?ρ ———密度仪示值平均值,kg/m3;
ρref ———液体密度标准物质量值,kg/m3;
n———测量次数,n ≥5;
ρi ———单次测量密度仪示值,kg/m3。
8.2 重复性
密度仪校准点的重复性用实验标准偏差s 表示:
s= Σn
i=1(ρi -?ρ)2
n -1 (4)
式中:
ρi ———单次测量密度仪示值,kg/m3;
?ρ ———密度仪示值平均值,kg/m3;
n———测量次数,n ≥5。
8.3 校准结果表达
校准证书应至少包含以下信息:
a)标题“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室地址不同);
d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校准仪器的描述和明确标识;
g)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
h)本次校准所使用的液体密度标准物质的标识;
i)校准环境的描述;
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JJF2165—2024
j)校准结果及其测量不确定度的说明;
k)复校时间间隔的建议;
l)校准证书签发人的签名或等效标识;
m)校准结果仅对被校对象有效的声明。
9 复校时间间隔
密度仪复校时间间隔建议不超过1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情
况(如使用频率、环境条件)、仪器质量等诸因素所决定的,因此使用单位可根据实际
使用情况自主决定复校时间间隔。
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附录A
(0~40)℃纯水密度表(不含空气)
单位:kg/m3
t90/℃ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 999.843999.850999.856999.862999.869999.874999.880999.886999.891999.897
1 999.902999.907999.911999.916999.920999.924999.928999.932999.936999.940
2 999.943999.946999.949999.952999.955999.957999.959999.962999.964999.965
3 999.967999.969999.970999.971999.972999.973999.974999.974999.975999.975
4 999.975999.975999.975999.974999.974999.973999.972999.971999.970999.968
5 999.967999.965999.963999.961999.959999.957999.954999.952999.949999.946
6 999.943999.940999.937999.933999.929999.926999.922999.918999.913999.909
7 999.904999.900999.895999.890999.885999.880999.874999.869999.863999.857
8 999.851999.845999.839999.833999.826999.819999.813999.806999.798999.791
9 999.784999.776999.769999.761999.753999.745999.737999.728999.720999.711
10 999.703999.694999.685999.676999.666999.657999.648999.638999.628999.618
11 999.608999.598999.588999.577999.567999.556999.545999.534999.523999.512
12 999.500999.489999.477999.466999.454999.442999.430999.418999.405999.393
13 999.380999.367999.355999.342999.329999.315999.302999.289999.275999.261
14 999.247999.233999.219999.205999.191999.176999.162999.147999.132999.118
15 999.103999.087999.072999.057999.041999.026999.010998.994998.978998.962
16 998.946998.930998.913998.897998.880998.863998.846998.829998.812998.795
17 998.778998.760998.743998.725998.707998.689998.671998.653998.635998.617
18 998.598998.580998.561998.542998.523998.505998.485998.466998.447998.427
19 998.408998.388998.369998.349998.329998.309998.288998.268998.248998.227
20 998.207998.186998.165998.144998.123998.102998.081998.060998.038998.017
21 997.995997.973997.951997.929997.907997.885997.863997.841997.818997.796
22 997.773997.750997.727997.704997.681997.658997.635997.612997.588997.564
23 997.541997.517997.493997.469997.445997.421997.397997.372997.348997.323
24 997.299997.274997.249997.224997.199997.174997.149997.124997.098997.073
25 997.047997.021996.996996.970996.944996.918996.891996.865996.839996.812
26 996.786996.759996.732996.706996.679996.652996.624996.597996.570996.543
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JJF2165—2024
表(续)
t90/℃ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
27 996.515 996.488996.460996.432996.404996.376996.348996.320996.292 996.264
28 996.235 996.207996.178996.150996.121996.092996.063996.034996.005 995.976
29 995.946 995.917995.888995.858995.828995.799995.769995.739995.709 995.679
30 995.649 995.619995.588995.558995.527995.497995.466995.435995.404 995.373
31 995.342 995.311995.280995.249995.217995.186995.154995.123995.091 995.059
32 995.027 994.996994.963994.931994.899994.867994.834994.802994.769 994.737
33 994.704 994.671994.638994.605994.572994.539994.506994.473994.439 994.406
34 994.372 994.339994.305994.271994.237994.204994.170994.135994.101 994.067
35 994.033 993.998993.964993.929993.894993.860993.825993.790993.755 993.720
36 993.685 993.650993.614993.579993.543993.508993.472993.437993.401 993.365
37 993.329 993.293993.257993.221993.184993.148993.112993.075993.039 993.002
38 992.965 992.929992.892992.855992.818992.781992.744992.706992.669 992.632
39 992.594 992.557992.519992.481992.443992.406992.368992.330992.292 992.253
40 992.215 ——— ——— ——— ——— ——— ——— ——— ——— ———
注:
1 t90为1990年国际温标(ITS-90);
2 水密度值采用CIPM-2001推荐计算公式计算得到。
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附录B
CIPM-2007空气密度计算公式
ρ=[3.483740+1.4446·(xCO2-0.0004)]·p
ZT (1-0.3780xv) (B.1)
式中:
ρ ———湿空气密度,10-3kg/m3;
xCO2———空气中的CO2含量,molmol-1;
p ———大气压力,Pa;
Ζ———压缩系数;
T ———热力学温度,T =273.15+t ,K;
xv ———水蒸气摩尔系数。
其中:
Z =1-p
T a0+a1t+a2t2+ b0+b1t xv + c0+c1t xv 2 +p2
T2 d+exv2
(B.2)
xv=hf p,t psvt
p (B.3)
f p,t =α+βp+γt2 (B.4)
psvt =1Pa×expAT2 +BT +C +D
T (B.5)
式中:
psv (t)———饱和蒸汽压,Pa;
h ———空气的相对湿度,0≤h≤1;
t ———空气温度,℃。
以上公式(B.2)至(B.4)中的常数项数值如下:
a0=1.58123×10-6 KPa-1;
a1=-2.9331×10-8Pa-1;
a2=1.1043×10-10 K-1Pa-1;
b0=5.707×10-6 KPa-1;
b1=-2.051×10-8Pa-1;
c0=1.9898×10-4 KPa-1;
c1=-2.376×10-6Pa-1;
d=1.83×10-11 K2·Pa-2;
e=-0.765×10-8 K2·Pa-2;
α=1.00062;
β=3.14×10-8Pa-1;
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JJF2165—2024
γ=5.6×10-7 K-2;
A =1.2378847×10-5 K-2;
B=-1.9121316×10-2 K-1;
C=33.93711047;
D =-6.3431645×103 K。
公式出处:CIPM-2007推荐公式,Metrologia45 (2008)149~155。
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JJF2165—2024
附录C
密度仪测量结果不确定度评定示例
C.1 被校准仪器信息
被校准仪器信息列于表C.1。
表C.1 被校准仪器信息
被校准仪器实验室振动式液体密度仪
分辨力0.001kg/m3
测量范围(0~3000)kg/m3
黏度修正功能开启
校准员进行的调整进行校准前,按照说明书进行空气和纯水调整
温度分辨力0.001℃
最大允许误差MPE 0.05kg/m3
液体密度标准物质不确定度(k=2) 小于0.025kg/m3
C.2 校准所用标准物质
校准用标准物质信息列于表C.2。
表C.2 标准物质信息
名称
标准密度值
kg/m3
扩展不
确定度
(k=2)
kg/m3
标准
温度
℃
密度温度关系[(15~25)℃]
CRM1 691.869 0.020 20 ρ(t)=691.869-0.8216× (t-20)-0.0004× (t-20)2
CRM2 998.204 0.020 20 ρ(t)=998.204-0.2087× (t-20)-0.0057× (t-20)2
C.3 校准用配套仪器(测温仪)
校准用配套仪器(测温仪)信息列于表C.3。
表C.3 配套仪器(测温仪)信息
测温范围/℃ -260~+962
分辨力/℃ 0.0001
测量范围为(15~50)℃时的测量不确定度(k=2) 0.006℃
C.4 温度测量结果
使用测温仪对密度仪的振动管内部温度进行测量。表C.4列出了校准温度为20℃
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的测量结果。
表C.4 温度测量结果
序号
被测密度仪温度
示值/℃
标准测温仪
示值/℃
标准测温仪
修正值/℃ 温度示值误差/℃
1 20.001 20.0059 -0.007 0.0021
2 20.000 20.0058 -0.007 0.0012
3 20.001 20.0058 -0.007 0.0022
4 20.000 20.0056 -0.007 0.0014
5 20.000 20.0054 -0.007 0.0016
6 20.000 20.0055 -0.007 0.0015
平均值20.000 20.0057 -0.007 0.002
标准测温仪在校准温度20℃下的测量不确定度为0.006℃ (k=2)。
C.5 标准液体校准结果
使用液体密度标准物质CRM1进行示值误差测量的数据列于表C.5。
表C.5 标准液体校准结果
序号密度示值/ (kg/m3) 校准温度/℃
1 691.866 20.000
2 691.865 20.000
3 691.865 20.000
4 691.866 20.000
5 691.865 20.000
6 691.867 20.000
平均值691.866 20.000
C.6 示值误差的标准不确定度
被校密度仪测量模型为:
E =ρ-ρref (C.1)
示值误差的合成标准不确定度的计算公式为:
uc(E)= ∂E
∂ρ
u(ρ) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρref
u(ρref) ? ? ??
? ? ??
2
= ∂E
∂ρres
u(ρres) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρs
u(ρs) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρt
u(ρt) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρref
u(ρref) ? ? ??
? ? ??
2
(C.2)
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C.6.1 标准不确定度评定
C.6.1.1 液体密度标准物质引入的不确定度u(ρref)
液体密度标准物质CRM1的标准不确定度u(ρref)可以由标准物质的证书获得,其
标准不确定度为:
u(ρref)=
U(ρref)
k =0.020kg/m3
2 =0.010kg/m3 (C.3)
C.6.1.2 被校密度仪分辨力引入的不确定度u(ρres)
被校准密度仪分辨力为0.001kg/m3,引入的不确定度为:
u(ρres)= d
2 3=0.001kg/m3
2 3 =0.00029kg/m3 (C.4)
C.6.1.3 测量过程的密度仪示值重复性引入的标准不确定度u(ρs)
u(ρs)=s(ρ)
n
=0.00082kg/m3
6 =0.00033kg/m3 (C.5)
C.6.1.4 密度仪测温引入的标准不确定度u(ρt)
温度测量的标准不确定度u(t)可由校准证书获得,其标准不确定度为0.003℃。
密度仪内部传感器温度测量引起的密度测量标准不确定度可以表示为:
u(ρt)= ∂ρ
∂tu(t)=0.8216u(t)=2.465×10-3kg/m3≈2.5×10-3kg/m3 (C.6)
C.7 密度仪测量结果不确定度
密度仪示值误差各不确定度分量及其灵敏系数如表C.6所示。
表C.6 密度仪示值误差扩展不确定度计算汇总表
序号输入量数值分布标准不确定度自由度灵敏系数
示值误差不
确定度分量/
(kg/m3)
1 液体密度
标准物质691.869正态分布,
k=2 0.010kg/m3 50 1 0.010
2 分辨力0.001 矩形分布2.9×10-4kg/m3 200 1 2.9×10-4
3 测量
重复性——— 正态分布3.3×10-4kg/m3 5 1 3.3×10-4
4 温度测量——— 正态分布3.0×10-3 ℃ 50 0.8216kg/(m3·℃) 2.5×10-3
示值误差合成
标准不确定度0.011kg/m3
示值误差扩展
不确定度
(k=2)
0.022kg/m3
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上述几项不确定度分量进行合成得到密度仪示值误差合成标准不确定度:
uc(E)= ∂E
∂ρres
u(ρres) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρs
u(ρs) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρt
u(ρt) ? ? ??
? ? ??
2
+ ∂E
∂ρref
u(ρref) ? ? ??
? ? ??
2
=0.011kg/m3
(C.7)
密度仪示值误差扩展不确定度:
取包含因子k=2,
U(E)=k ×uc(E)=0.022kg/m3 (C.8)
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附录D
实验室振动式液体密度仪校准原始记录
送校单位校准证书编号
仪器名称制造厂
校准依据
仪器型号/规格仪器编号
仪器分辨力测量范围
校准日期
标准器及
主要配套设备
名称编号准确度等级有效期
环境温度环境湿度
校准地点
校准员核验
被校密度仪
示值
kg/m3
平均值
kg/m3
液体密度标
准物质量值
kg/m3
示值误差
kg/m3
重复性
kg/m3
扩展不确定度
(k=2)
kg/m3
校准温度
℃
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附录E
实验室振动式液体密度仪校准证书内页(示例)
证书编号:××××××—×××××
本次校准所依据的技术规范(代号、名称)
JJF2165—2024 《实验室振动式液体密度仪校准规范》
校准环境条件及地点:
温度: ℃ 地点:
相对湿度: % 其他:
校准使用的计量标准装置
名称/编号测量值
准确度等级/
不确定度
证书编号/
校准机构
有效期至
15
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证书编号:××××××—×××××
校准范围分辨力
测量点
kg/m3
标准密度值
kg/m3
仪器示值
kg/m3
示值误差
kg/m3
重复性
kg/m3
不确定度
kg/m3
校准结果内容结束
申明:
1.本实验室仅对加盖“××××校准专用章”的完整证书负责。
2.本证书提供的结果仅对本次所校仪器有效。
3.未经本实验室许可,部分采用本证书内容无效。
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