質(zhì)量比較儀在量傳中的應用

胡軍|文

質(zhì)量比較儀是砝碼檢定的主要配套設備，本文依據(jù)JJF 1326－2011《質(zhì)量比較儀校準規(guī)范》，介紹質(zhì)量比較儀測量方法、測量不確定度的評定等，以確保質(zhì)量比較儀可正確進行質(zhì)量量值傳遞。

質(zhì)量比較儀是根據(jù)測量彈性元件的變形和應變或電磁力反饋平衡原理制造的，是通過對兩個或兩個以上質(zhì)量相同或相近的物體進行比較，是基于ABA或ABBA的循環(huán)測量模式來獲得質(zhì)量差值的高分辨率電子衡量儀器。質(zhì)量比較儀以其高分辨力的優(yōu)勢，在砝碼量值傳遞與溯源中或其他方面發(fā)揮著越來越重要的作用。本文依據(jù)JJF1326-2011《質(zhì)量比較儀校準規(guī)范》，分析質(zhì)量比較儀質(zhì)量量值傳遞過程中的測量方法、測量不確定度評定等，以供大家參考。

發(fā)展現(xiàn)狀

隨著質(zhì)量量值傳遞技術的發(fā)展，質(zhì)量比較儀現(xiàn)已完全替代傳統(tǒng)的機械天平，并且得到了廣泛的應用，這是質(zhì)量量值傳遞的一個質(zhì)的飛躍。目前，質(zhì)量比較儀的制造商主要有德國Sartorius公司、瑞士Mettler Toledo公司和沈陽龍騰電子衡器公司等企業(yè)，國內(nèi)計量技術機構(gòu)及企業(yè)基本都采用上述企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量比較儀進行砝碼的質(zhì)量量值傳遞工作。

質(zhì)量比較儀的特點是準確度高、操作簡便、讀數(shù)直觀快捷，且全自動的真空質(zhì)量比較儀還可以不需要檢測人員的直接參與，就能完成對質(zhì)量的測量工作，將質(zhì)量測量過程中的干擾因素降到最低，從而得到更加準確的測量結(jié)果。

測量方法

1．重復性測量

由于質(zhì)量比較儀的測量是高精度的質(zhì)量測量，為消除儀器本身的漂移對測量結(jié)果的影響，重復性測量采用閉環(huán)方式進行測量，即選用兩個滿足JJF1326-2011要求的標準砝碼（最大載荷或二分之一最大載荷），按照ABBA循環(huán)方式進行。A代表標準砝碼，B代表另一個標準砝碼，分別將這兩個標準砝碼放在秤盤中心位置，待比較儀顯示穩(wěn)定后，記錄顯示器示值，每次測量的B與A的示值之差為

在相同測量條件下，循環(huán)測量10次，重復性校準結(jié)果用測定序列的單次測量結(jié)果的標準偏差s表示，即

2．偏載誤差測量

質(zhì)量比較儀偏載誤差的測量：測量選用最大載荷或二分之一最大載荷的單個標準砝碼，每一偏載測量都采用ABBA形式，A代表砝碼放在秤盤的中心位置，B代表砝碼放在偏離秤盤中心的位置。每一位置的偏載誤差計算公式如下：

式中： IA—砝碼放在秤盤中心位置的讀數(shù)；

IB—砝碼放在偏離秤盤中心位置的讀數(shù)。

四個偏載位置的示值差值中，取一個絕對值最大的差值作為偏載誤差。

3．示值誤差測量

示值誤差測量選用一個滿足校準比較儀的標準砝碼，按照ABBA方式（其中：B=A+ms）先將標準砝碼放在秤盤上，待比較儀顯示穩(wěn)定后，記錄顯示器示值。接著再在該秤盤上放上一個小質(zhì)量的標準砝碼ms，待比較儀顯示穩(wěn)定后，記錄顯示器示值。每次循環(huán)測量的示值分別為IA1、I（A+ms）1、I（A+ms）2、IA2，共循環(huán)測量三次。

添加標準小砝碼引起比較儀示值誤差的變化量為：

三次測量的平均示值誤差變化量為：

局部示值誤差=ms-

進行局部示值誤差校準時，ms的選取原則是：其質(zhì)量值為比較儀實際分度值d的1000倍到5000倍之間的任意一個單個砝碼。

質(zhì)量比較儀通常是用于高精度測量砝碼或物體的質(zhì)量，故在對其示值誤差的校準中，對測量該項性能的標準砝碼要有很高的要求。在JJF1326-2011中，針對不同檢定分度數(shù)的質(zhì)量比較儀列出了使用的標準砝碼的等級。筆者認為，標準砝碼的選擇主要考慮兩點；一是要考慮砝碼的磁性對比較儀的影響；二是要考慮砝碼的準確度及不確定度對測量結(jié)果的影響。按照JJF1326-2011對校準比較儀所用標準砝碼的要求，分度數(shù)大于5×105（即相對誤差在萬分之一）以上的比較儀，在檢測該項指標時，必須用E1等級標準砝碼。目前，要配齊一套E1等級毫克組、克組、千克組標準砝碼，其費用較高，難以貼合實際。但多數(shù)計量機構(gòu)都配備了E2等級標準砝碼。所以筆者認為，在砝碼磁性滿足測量要求的情況下，用于測量示值誤差的砝碼A選用E2等級標準砝碼代替E1等級標準砝碼，而只有ms采用（1000～5000）d的E1等級砝碼。這樣既解決了一些實際工作中存在的困難，又不會影響比較儀重復性測量、偏載誤差測量以及示值誤差測量的結(jié)果，非常經(jīng)濟合理。

測量不確定度的評定

對質(zhì)量比較儀進行測量不確定度評定時，主要考慮以下幾個方面：

1．重復性測量的不確定度評定

選用一個標準砝碼對質(zhì)量比較儀進行重復性測量時，對二分之一最大承載點采用ABBA的測量循環(huán)，在相同測量條件下，循環(huán)測量10次，計算測量得到結(jié)果的重復性。在進行重復性校準的測量不確定度評定時，其影響因素主要有：

(1)在對質(zhì)量比較儀進行校準的過程中，實驗室內(nèi)的溫度也是在變化的，因此在不確定度的評定過程中需要考慮溫度變化帶來的影響，所以要考慮實驗室環(huán)境溫度波動引入的不確定度分量uT；

(2)被校準質(zhì)量比較儀分辨力引入的不確度分量ud。

2．偏載誤差測量的不確定度評定

在對質(zhì)量比較儀進行偏載誤差測量時，選用最大載荷或二分之一最大載荷的單個標準砝碼，每一偏載測量都采用ABBA形式進行測量。在進行偏載誤差的測量不確定度評定時，其影響因素主要有：

(1)質(zhì)量比較儀的重復性引入的不確度分量us；

(2)實驗室環(huán)境溫度波動引入的不確定度分量uT；

(3)被校準質(zhì)量比較儀分辨力引入的不確度分量ud。

3．局部示值誤差測量的不確定度評定

在對質(zhì)量比較儀進行局部示值誤差測量時，選用一個滿足校準比較儀的標準砝碼，按照ABBA方式（其中：B=A+ms）進行測量，在進行局部示值誤差的測量不確定度評定時，其影響因素主要有 ：

(1)質(zhì)量比較儀的重復性引入的不確度分量us；

(2)實驗室環(huán)境溫度波動引入的不確定度分量uT；

(3)被校準質(zhì)量比較儀分辨力引入的不確度分量ud；

(4)進行局部示值誤差測量時選用的標準砝碼引入的不確定度分量ums。

另外，在對質(zhì)量比較儀進行測量不確度評定時，要注意質(zhì)量比較儀分辨力引入的不確定度影響分量，是根據(jù)測量循環(huán)的不同或測量方法的不同而不同。如當采用兩個等量砝碼進行重復性測量時或進行偏載誤差測量時或進行局部示值誤差測量時，由分辨力引入的不確定度分量為當采用一個標準砝碼與空載的方式進行重復性測量時，由分辨力引入的不確定度分量為

結(jié)語

質(zhì)量比較儀的傳感器靈敏度很高，要保證其具有很好的重復性。首先，使用前要充分預熱，使磁鋼達到熱平衡，保證使用時示值不再漂移，經(jīng)常使用可始終保持通電預熱狀態(tài)。其次，要充分考慮環(huán)境條件的影響。由于電子元器件對溫濕度的敏感（存在溫漂系數(shù)），當溫濕度不穩(wěn)定時，示值也發(fā)生漂移，準確度越高，這種現(xiàn)象就越明顯。為保證周圍環(huán)境溫度穩(wěn)定，應避免陽光照射，遠離門窗及空調(diào)的出風口。保持室內(nèi)相對濕度為45%～65%，避免室內(nèi)濕度過大或過小對測量結(jié)果造成影響。當室內(nèi)濕度不滿足要求時，可采取使用加濕機或除濕機來解決。最后，在質(zhì)量比較儀稱量時，對被稱物要輕拿輕放，避免較大的沖擊對測量結(jié)果的影響，確保量值準確可靠。中