試論專用砝碼校準(zhǔn)與測量值的不確定度評定

楊璐 石巖 石磊 馮培培

河南省計量科學(xué)研究院 河南鄭州 450000

機(jī)械天平作為化學(xué)實(shí)驗以及一些科研工作中的專用稱重儀器，其成分配比滿足相應(yīng)的要求對于產(chǎn)品質(zhì)量會產(chǎn)生一定的影響，對稱重儀器進(jìn)行計量校準(zhǔn)，關(guān)系著實(shí)驗的成功。現(xiàn)階段的半自動機(jī)械加碼電光天平已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。尤其是在醫(yī)院、制藥公司、環(huán)境監(jiān)測等方面應(yīng)用較多。根據(jù)《測量不確定度評定與表示》的技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合《砝碼》鑒定規(guī)程，采取TG328A型號的機(jī)械天平來充當(dāng)測量儀器，所用100gF2等級砝碼為具體的實(shí)驗對象，以此來構(gòu)建相應(yīng)的砝碼數(shù)學(xué)模型，探究相關(guān)的影響測量結(jié)果的相關(guān)不確定度分量進(jìn)行有效分析，最后得出F2等級砝碼的質(zhì)量測量不確定度是否符合相關(guān)要求，驗證相關(guān)機(jī)械天平的測量可靠性和準(zhǔn)確性。

1 研究概述

具體的砝碼校準(zhǔn)和不確定度的評定主要依據(jù)的是JJG99-2006《砝碼》中的相關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)，并以JJG98-2006《機(jī)械天平》中相關(guān)檢定規(guī)程指導(dǎo)具體的砝碼校準(zhǔn)和不確定度評定工作。

環(huán)境要求：為保證實(shí)驗不受環(huán)境的影響，提升校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和有效性，根據(jù)相關(guān)的檢定規(guī)程，將環(huán)境溫度控制在18-26℃，溫度波動好保持在0.5℃/h的幅度，環(huán)境濕度控制在（30-70）%RH范圍內(nèi)。

測量標(biāo)準(zhǔn)：F2等級專用砝碼的測量范圍在1mg-500g范圍內(nèi)，根據(jù)《砝碼》中的相關(guān)規(guī)程，砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為0.006-0.8mg，覆蓋因子k=2。

檢測對象：F2等級專用砝碼。

測量過程：針對這一等級的砝碼進(jìn)行測量的過程中，主要選用的測量方法為單詞替代稱量法，實(shí)驗中由兩人分別對于同一天平進(jìn)行操作使用，將實(shí)驗砝碼分別放在天平兩端，采取的是同標(biāo)稱質(zhì)量的專用砝碼，這樣就能獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼以及被測砝碼之間的差值大小，最后將兩人測量的的算數(shù)平均值加上砝碼的質(zhì)量值就是對于該砝碼測量的最終結(jié)果。

2 專用砝碼的校準(zhǔn)程序設(shè)計

根據(jù)《砝碼》中對于砝碼校準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)程，按照專用砝碼的測量精度要求對于相應(yīng)等級的砝碼精準(zhǔn)度要求進(jìn)行把握。例如，針對企業(yè)送檢專用砝碼。其要求測量誤差必須要控制10g以內(nèi)，在實(shí)驗校準(zhǔn)中，使用大量程電子天平，對于專用砝碼進(jìn)行稱重，測量的質(zhì)量為143.4kg根據(jù)相關(guān)的鑒定規(guī)程要求，這種專用砝碼的最差允許誤差范圍為7.15g，這一范圍符合砝碼測量對于精度的要求，因此，可以選擇這種鑒定方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

在標(biāo)準(zhǔn)天平中使用該等級的專用砝碼裝置中的一臺天平，其最大承重為200kg，分度值d=1g，選擇質(zhì)量不等的F2等級的法案，包括20kg七個、2kg一個、1kg一個、200g兩個。使用ABA法進(jìn)行測量，循環(huán)次數(shù)為1。得出下列的表格數(shù)據(jù)

表1 ABA法測量值

這三個數(shù)值分別指的是第一次放入標(biāo)準(zhǔn)砝碼的測量值、防止被檢測砝碼的測量值以及第二次防止標(biāo)準(zhǔn)碼的測量值，根據(jù)相關(guān)的數(shù)值計算得出標(biāo)準(zhǔn)砝碼的修正值為0.36g，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量值為143.436kg，加上修正值后，得出的最終的檢測結(jié)果為143.459kg。

3 專用砝碼的不確定度評定

通過對于相關(guān)《測量不確定度評定與表示》中的規(guī)定，將不確定度評定劃分成A類和B類，而這里的A類主要是按照對被測量的一系列測得數(shù)值獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差的過程，B類評定主要是按照相關(guān)信息對于先驗概率分布機(jī)型估計，計算出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計值的過程，通過專用砝碼的測量模型，將測量值的不確定來源概率為四點(diǎn)：

表2 不確定度來源

在實(shí)驗中，實(shí)施五次ABA大的重復(fù)性測量，并計算得出相應(yīng)的測量過程的質(zhì)量差值，具體測量的質(zhì)量差值分別為0.023/0.022/0.023/0.021/0.022kg，考慮到F2等級專用砝碼的校準(zhǔn)程序主要為單次測量，因此對于測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算得出為0.58g。就F2標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度來看，主要由標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定結(jié)果的不確定度以及質(zhì)量不穩(wěn)定性造成的不確定度，在《砝碼》的檢定規(guī)程中，指出了標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度不能超出砝碼最大允許誤差的三分之一，所以對于這一標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以取六分之一的砝碼最大允許誤差，現(xiàn)在，已經(jīng)知道這一專用砝碼的標(biāo)準(zhǔn)砝碼最大允許誤差為2.15g，那么計算得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度值為0.36g，而質(zhì)量不穩(wěn)定性造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.41g。在計算相關(guān)的空氣浮力引入的不確定度中，通過公式計算得出這一不確定度值為0.05g,而標(biāo)準(zhǔn)天平引入的不確定度為0.41g，擴(kuò)展不確定度的計算得出的數(shù)值為2g。最終得出專用法案的校準(zhǔn)結(jié)果報告中，專用砝碼的折算質(zhì)量值為143.459kg，而砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為2g，覆蓋因子k=2。根據(jù)《砝碼檢定規(guī)程》相關(guān)檢定規(guī)程要求，測量標(biāo)準(zhǔn)要求F2等級專用砝碼的測量范圍在1mg-500g范圍內(nèi)，根據(jù)《砝碼》中的相關(guān)規(guī)程，砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為0.006-0.8mg，覆蓋因子k=2，這與具體的該等級的砝碼的相關(guān)不確定度的規(guī)程相對應(yīng)，驗證了砝碼的有效性。

4 總結(jié)

在具體的專用砝碼的校準(zhǔn)以及不確定度的檢定中，采取有效的檢定方法，能夠提升測量精度要求，通過參照相關(guān)的不確定砝碼檢定方法規(guī)程對于砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)程序的設(shè)計以及不確定度的評定，才能獲得和實(shí)際砝碼情況最接近的評定結(jié)果。