電子天平測量結果不確定度分析及評定

2021-11-17 10:20:52李明輝

中國科技縱橫 2021年17期

李明輝

（博興縣計量測試檢定所，山東濱州 256500）

0.引言

計量在日常生活中隨處可見，計量總會伴隨著誤差，隨著計量技術的發展，自1970年以來，越來越多國際計量學者認識到“不確定度”比“誤差”更能科學地表示測量值與實際值的差別[1]。自此，不確定度開始作為標準廣為流傳。國際計量局在20世紀80年代左右發表INC-1（不確定度使用建議書）。20世紀90年代初ISO出版的《測量不確定度表示指南》得到了七個國際組織的批準，是國際組織的重要文獻。我國的計量技術緊跟國際潮流，于20世紀90年代末頒布了相應的測量不確定度評定技術規范。從此，對不確定度的評定工作成為實驗室校準工作最重要的工作之一[2]。本文的主要內容是電子天平的不確定度來源分析和不確定度評定方法，計算得到實驗室電子天平的不確定度評定結果。

1.概述

CBTC系統依據JJGIO36—2008《電子天平檢定規程》對最大量程為Max=220g，實際最小分度值d=0.001g，e=0.01g的Ⅱ級電子天平進行計算，評定分析其不確定度，實驗用到的砝碼為標準E2級砝碼。進行不確定度評定時的環境濕度小于80%RH；溫度區間為18℃～23℃。

2.不確定度評定方法

2.1 數學模型

Δm=m-ms

其中，Δm—電子天平示值誤差；

m—電子天平示值；

ms—標準砝碼實際質量。

靈敏度系數為：

2.2 不確定度來源分析

2.2.1 標準砝碼的不確定度評定

標準砝碼出廠后，其存放以及實驗期間，會出現磨損、生銹等一些問題，使標準砝碼的實際質量發生改變[3]，由標準器具產生的誤差引入的不確定度計算方法如下：

式中：a—標準砝碼最大允許誤差區間的半寬度，k—正態分布的置信因子。

2.2.2 天平重復性引入的標準不確定度評定

多次測量的結果產生誤差是不可避免的，由此產生的不確定度u1評定時，采用 A 類方式進行計算[4]。首先對天平50g載荷點進行10次重復性測量，測量結果：x1，x2，x3…x10。然后對測量結果進行均值與標準差計算：

式中：—n次測量的平均值。

即，由重復測量產生的誤差而引入的不確定度值為：

回望2013年，在水利部的大力支持下，遼寧水利克服了經濟環境不佳、洪澇災害嚴重等不利影響，完成投資182.5億元，全力打造“建設、管理、服務”三位一體的水利綜合保障體系，為全省經濟社會發展提供了有力支撐。

2.2.3 天平分辨力引入的標準不確定度評定

采用B類評定方法計算其不確定度，由于分辨力產生的誤差可近似地看做均勻分布，k取，那么天平分辨力產生的誤差帶來的不確定度計算方法為：

式中，d—電子天平的分辨力。

2.2.4 天平偏載誤差引入的標準不確定度評定

根據標準規程，天平測量結果中最大的結果與最小的結果的差小于等于±1e（e為檢定分度值），半寬a=0.5e，測量時放置砝碼的位置一般都會靠近托盤形狀的幾何中心，由此產生的偏載量比做偏載試驗時少得多，假設實驗時的偏載誤差為偏載試驗的1/3，服且實驗服從均勻分布，包含因子，可得：

2.2.5 溫度、振動等因素帶來的標準不確定度分量

根據JJGIO36-2008標準規程中對環境溫度、濕度的要求，對Ⅱ級電子天平進行50g載荷點不確定度分析實驗時，采用的實驗室環境都符合標準要求，所以，由溫度、濕度、振動等因素影響產生的不確定度在該實驗中可以忽略[5]，即 u4(m)=0。

2.2.6 空氣浮力引入的標準不確定度分量

空氣浮力引入的標準不確定度分量：空氣浮力引入的質量誤差修正量 mρ=(Vt-Vr)(ρa-ρ0)。式中，Vt—被測砝碼體積；Vr—標準砝碼體積；ρa—潮濕空氣密度；ρ0—空氣密度參考值，ρ0=1.2mg/cm3。根據JJGIO36-2008標準規程，由于空氣浮力產生的實驗誤差小于待檢定砝碼的最大允許誤差的1/9時，可忽略空氣浮力產生的誤差，即實際計算式認為mρ=0，在E2等級砝碼實驗測試中相應的空氣密度對不確定度評定的影響非常小，因此可以不做空氣浮力修正[6]。則u5(m)=0。