淺析電子天平的示值誤差

權輝

【關鍵詞】電子天平;示值誤差;計量

電子天平定期檢測是質量量值傳遞的重要環節，對實驗結果等有非常重要的意義。檢測人員應注意天平檢定過程中的每一個細節，排除環境、儀器自身及人為的因素，才能正確評價天平的計量性能。

電子天平因其體積小、操作簡單、功能多、稱量速度快、精度高及操作方便，在日常生活中應用相當廣泛。由于電子天平容易受到溫度、濕度及振動等環境因素的影響，可能會使天平的設計參數產生誤差，因此必須定期檢測其計量性能以確保數據的準確性、可靠性。目前，檢定的主要技術依據為國家計量檢定規程JJGl036-2008電子天平檢定規程，但在實際工作中不同的檢定人員對規程的理解和操作均有差異，導致出現不同的檢測結果，因此還要加強電子天平的檢定檢測水平，才能保證量值傳遞的準確和可靠性。

一、天平等級的確定

新規程按照檢定分度值e與檢定分度數n的關系，即e=Max/n，將天平劃分為了特種準確度級、高準確度級、中準確度級以及普通準確度級。取代了JJG98-1990《非自動天平》檢定規程中以是否直接用于傳遞砝碼質量量值劃分的標準天平和工作用天平。在電子天平檢定規程中，天平準確度級別的劃分決定著檢定環境條件的控制以及計量性能的判定，因此尤為重要。

但我們在日常的電子天平檢定工作中常常會遇到以下一些情況：標牌中沒有給出準確度等級，只給出實際分度值和檢定分度值及最大稱量;沒有給出天平檢定分度值和準確度等級，只給出最大稱量和實際分度值;或經檢定不符合其標牌所示的準確度等級。那么如何確定其準確度等級呢？

檢定電子天平時確定其檢定分度值e是非常關鍵的一步，JJGl036-2008《電子天平》檢定規程中對檢定分度值的定義為：用于劃分天平級別與進行計量檢定的，以質量單位表示的值。檢定分度值e是用來評定電子天平準確度等級及最大允許誤差的依據。筆者通過對規程的理解，理論聯系實際，并經過多次實踐，得出了解決電子天平定級的一個簡便方法：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、負整數或零的前提下，若其相對應的最大示值誤差均滿足不大于±0.5d、±1.0d、±1.5d時，則可確定檢定分度值e等于實際分度值d;以此類推，若相應稱量的最大示值誤差均滿足不大于±1.0d、±2.0d、±3.0d時，則可確定e=2d。根據檢定分度值和最大秤量，我們可以確定該電子天平的檢定分度數，然后對照《電子天平》檢定規程中的相應要求，就可以確定其準確度等級。具有多個稱量范圍的電子天平，當各稱量范圍滿足不同準確度級別的要求時，則應嚴格按照要求定級，并在檢定結論中標示出其不同量程的稱量范圍及相應的準確度等級。在電子天平檢定過程中還常常會出現標注準確度等級與實際準確度不相符的情況。因此我們在檢定中應該以天平標牌中所標注的檢定分度值及準確度等級為參考，嚴格按照《電子天平》檢定規程的要求對天平進行定級。

二、示值誤差中“空載”試驗點的確定

電子天平示值誤差的檢定，必須包括“空載”點，一直以來，大家都認為該點的檢定即為“0”點。但是根據規程要求，示值誤差的測試時，載荷應從零載荷開始，逐漸地往上加載，直至加到天平的最大秤量。再從規程中給出的電子天平檢定記錄格式中，對于示值誤差的檢定，筆者發現，如果檢定只是簡單的從“0”點開始檢定，就會出現與記錄中偏載誤差的檢定方法相矛盾的地方，無法形成一個遞加的檢定方式。因此，筆者通過查閱資料及向權威專家請教，證實：該點的取值應該是零點及零點附近誤差（即與e有關），并非是“0”點。

三、電子天平示值誤差測量結果不確定度評定實例

以JJGl036-2008《電子天平檢定規程》為依據，用E2等級標準砝碼直接測量一臺最大稱量為200g，實際分度值d=0.1mg的電子天平為例。測量環境條件均符合規程要求。

1.數學模型式中：△m-電子天平示值誤差;P-電子天平示值;m-標準砝碼值

2.各輸入量的標準不確定度分量的評定

（1）輸入量m的標準不確定度u（m）的評定。

輸入量m的標準不確定度u（m）采用B類方法評定。根據JJG99-2006《砝碼檢定規程》中規定E2等級200g～1mg砝碼的擴展不確定度u=（0.10～0.002）mg，包含因子k=2。

由于不同稱量點對應于不同量程的標準砝碼，則標準砝碼的標準不確定度也不同。我們以200g點為例，根據規程可得E2等級200g的擴展不確定度130.3mg，則標準不確定度。

（2）輸入量P的標準不確定度u（P）的評定。

輸入量P的標準不確定度u（P）主要來源于天平的測量重復性和天平的分辨力。

①測量重復性引起的標準不確定度u（P1）的評定。

用200g砝碼在重復性條件下對電子天平進行連續10次測量，得到測量列（g）。

②天平分辨力引起的標準不確定度u（P2）的評定。

③輸入量P的標準不確定度u（P）的計算。

已知P1和P2互相獨立，則：

3.合成標準不確定度及擴展不確定度的評定

（1）靈敏系數。

數學模型：△m=P-m

靈敏系數：

（2）各不確定度分量匯總及計算表。

（3）合成標準不確定度的計算。

（4）合成標準不確定度的有效自由度veff。

（5）擴展不確定度的評定。

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

U95=t95（∞）·uc（△m）=1.960×0.11mg=0.2mg

（6）測量不確定度報告。

電子天平在最大稱量200g時示值誤差測量結果的擴展不確定度為：

U95 0.2mgveff=∞

凡符合上述條件的測量結果，一般可參照使用本不確定度的評定方法。本測量不確定度結果，對日常檢定工作具有積極地指導意義。