電子天平的示值誤差

（肇東市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢測(cè)中心，肇東151100）

電子天平定期檢測(cè)是質(zhì)量量值傳遞的重要環(huán)節(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等有非常重要的意義。檢測(cè)人員應(yīng)注意天平檢定過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，排除環(huán)境、儀器自身及人為的因素，才能正確評(píng)價(jià)天平的計(jì)量性能。

電子天平因其體積小、操作簡(jiǎn)單、功能多、稱量速度快、精度高及操作方便，在日常生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。由于電子天平容易受到溫度、濕度及振動(dòng)等環(huán)境因素的影響，可能會(huì)使天平的設(shè)計(jì)參數(shù)產(chǎn)生誤差，因此必須定期檢測(cè)其計(jì)量性能以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。目前，檢定的主要技術(shù)依據(jù)為國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG1036―2008電子天平檢定規(guī)程，但在實(shí)際工作中不同的檢定人員對(duì)規(guī)程的理解和操作均有差異，導(dǎo)致出現(xiàn)不同的檢測(cè)結(jié)果，因此還要加強(qiáng)電子天平的檢定檢測(cè)水平，才能保證量值傳遞的準(zhǔn)確和可靠性。

一、天平等級(jí)的確定

新規(guī)程按照檢定分度值e與檢定分度數(shù)n的關(guān)系，即e=Max/n，將天平劃分為了特種準(zhǔn)確度級(jí)、高準(zhǔn)確度級(jí)、中準(zhǔn)確度級(jí)以及普通準(zhǔn)確度級(jí)，取代JJG98-1990《非自動(dòng)天平》檢定規(guī)程中以是否直接用于傳遞砝碼質(zhì)量量值劃分的標(biāo)準(zhǔn)天平和工作用天平。在電子天平檢定規(guī)程中，天平準(zhǔn)確度級(jí)別的劃分決定著檢定環(huán)境條件的控制以及計(jì)量性能的判定，因此尤為重要。

但我們?cè)谌粘５碾娮犹炱綑z定工作中常常會(huì)遇到以下一些情況：標(biāo)牌中沒(méi)有給出準(zhǔn)確度等級(jí)，只給出實(shí)際分度值和檢定分度值及最大稱量；沒(méi)有給出天平檢定分度值和準(zhǔn)確度等級(jí)，只給出最大稱量和實(shí)際分度值；或經(jīng)檢定不符合其標(biāo)牌所示的準(zhǔn)確度等級(jí)。那么如何確定其準(zhǔn)確度等級(jí)呢？

檢定電子天平時(shí)確定其檢定分度值e是非常關(guān)鍵的一步，JJG1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程中對(duì)檢定分度值的定義為：用于劃分天平級(jí)別與進(jìn)行計(jì)量檢定的，以質(zhì)量單位表示的值。檢定分度值e是用來(lái)評(píng)定電子天平準(zhǔn)確度等級(jí)及最大允許誤差的依據(jù)。我通過(guò)對(duì)規(guī)程的理解，理論聯(lián)系實(shí)際，并經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，得出了解決電子天平定級(jí)的一個(gè)簡(jiǎn)便方法：具有單一量程范圍的電子天平，在檢定分度值的選定遵循1×10k或2×10k或5×10k，其中k為正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零的前提下，若其相對(duì)應(yīng)的最大示值誤差均滿足不大于±0.5d、±1.0d、±1.5d 時(shí)， 則可確定檢定分度值e等于實(shí)際分度值d；以此類推，若相應(yīng)稱量的最大示值誤差均滿足不大于±1.0d、±2.0d、±3.0d 時(shí)， 則可確定e=2d。根據(jù)檢定分度值和最大稱量，我們可以確定該電子天平的檢定分度數(shù)，然后對(duì)照《電子天平》檢定規(guī)程中的相應(yīng)要求，就可以確定其準(zhǔn)確度等級(jí)。具有多個(gè)稱量范圍的電子天平，當(dāng)各稱量范圍滿足不同準(zhǔn)確度級(jí)別的要求時(shí)，則應(yīng)嚴(yán)格按照要求定級(jí)，并在檢定結(jié)論中標(biāo)示出其不同量程的稱量范圍及相應(yīng)的準(zhǔn)確度等級(jí)。在電子天平檢定過(guò)程中還常常會(huì)出現(xiàn)標(biāo)注準(zhǔn)確度等級(jí)與實(shí)際準(zhǔn)確度不相符的情況。因此我們?cè)跈z定中應(yīng)該以天平標(biāo)牌中所標(biāo)注的檢定分度值及準(zhǔn)確度等級(jí)為參考，嚴(yán)格按照 《電子天平》檢定規(guī)程的要求對(duì)天平進(jìn)行定級(jí)。

二、示值誤差中“空載”試驗(yàn)點(diǎn)的確定

電子天平示值誤差的檢定，必須包括“空載”點(diǎn)，一直以來(lái)，大家都認(rèn)為該點(diǎn)的檢定即為“0”點(diǎn)。但是根據(jù)規(guī)程要求，示值誤差的測(cè)試時(shí)，載荷應(yīng)從零載荷開始，逐漸地往上加載，直至加到天平的最大稱量。在從規(guī)程中給出的電子天平檢定記錄格式中，對(duì)于示值誤差的檢定，我發(fā)現(xiàn)，如果檢定只是簡(jiǎn)單地從“0”點(diǎn)開始檢定，就會(huì)出現(xiàn)與記錄中偏載誤差的檢定方法相矛盾的地方，無(wú)法形成一個(gè)遞加的檢定方式。因此，我通過(guò)查閱資料及向權(quán)威專家請(qǐng)教，證實(shí)：該點(diǎn)的取值應(yīng)該是零點(diǎn)及零點(diǎn)附近誤差 （即與e有關(guān)），并非是“0”點(diǎn)。

三、電子天平示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定實(shí)例

以JJG1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》為依據(jù)，用E2等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接測(cè)量一臺(tái)最大稱量為200g，實(shí)際分度值d=0.1mg的電子天平為例。測(cè)量環(huán)境條件均符合規(guī)程要求。

1.數(shù)學(xué)模型式中：Δm-電子天平示值誤差；P-電子天平示值；m-標(biāo)準(zhǔn)砝碼值

2.各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

（1）輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）的評(píng)定

輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）采用B類方法評(píng)定。根據(jù)JJG99-2006《砝碼檢定規(guī)程》中規(guī)定E2等級(jí)200g～1mg砝碼的擴(kuò)展不確定度 U=（0.10～0.002）mg，包含因子 k=2。

由于不同稱量點(diǎn)對(duì)應(yīng)于不同量程的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，則標(biāo)準(zhǔn)砝碼的標(biāo)準(zhǔn)不確定度也不同。我們以200g點(diǎn)為例，根據(jù)規(guī)程可得E2等級(jí)200g的擴(kuò)展不確定度U=0.3mg，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）輸入量 P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（P）的評(píng)定

輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U （P）主要來(lái)源于天平的測(cè)量重復(fù)性和天平的分辨力。

①測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（P1）的評(píng)定

用200g砝碼在重復(fù)性條件下對(duì)電子天平進(jìn)行連續(xù)10次測(cè)量，得到測(cè)量列（g）：

②天平分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（P2）的評(píng)定

③輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（P）的計(jì)算

已知P1和P2互相獨(dú)立，則：

3.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

（1）靈敏系數(shù)

數(shù)學(xué)模型：Δm=P-m

靈敏系數(shù)：

（2）各不確定度分量匯總及計(jì)算表

（3）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

（4）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度veff

（5）擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取置信概率p=95%，按有效自由度veff=∞，查 t分布表得 kp=t95（∞）=1.960，則擴(kuò)展不確定度為：

U95=t95 （∞）·uc （Δm）=1.960×0.11mg=0.2mg

（6）測(cè)量不確定度報(bào)告

電子天平在最大稱量200g時(shí)示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

U95=0.2mgveff=∞

凡符合上述條件的測(cè)量結(jié)果，一般可參照使用本不確定度的評(píng)定方法。本測(cè)量不確定度結(jié)果，對(duì)日常檢定工作具有積極的指導(dǎo)意義?！?/p>