淺談電子天平不確定度評(píng)定

楊科峰

摘要：隨著我國電子天平行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電子天平的測量精度要求越來越高，但由于電子天平的測量原理是通過電磁平衡原理形成的，用傳感器傳輸數(shù)據(jù)，所以在天平的內(nèi)部會(huì)安裝大量的精密零件，這些零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且容易損壞，而這些零件的損壞會(huì)造成測量的誤差增大，同時(shí)，由于其他因素的存在，都對(duì)電子天檢定示值造成影響，導(dǎo)致出現(xiàn)偏差。因此，我們必須對(duì)影響偏差的因素進(jìn)行研究，確保天平示值的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：電子天平；不確定度；評(píng)定

一、對(duì)電子天平不確定度的認(rèn)識(shí)

電子天平是一種重要精密的計(jì)量工具，因此對(duì)于數(shù)據(jù)的要求十分嚴(yán)格，這就對(duì)天平的檢定結(jié)果提出了挑戰(zhàn)，而對(duì)于不確定度的評(píng)定就是一項(xiàng)重要的過程，需要每一位檢測人員對(duì)這種評(píng)定方法熟練掌握，以保證電子天平的高效運(yùn)行。電子天平的不確定度包含很多方面，主要有天平的不確定度和砝碼的不確定度，每一種都需要用不同的方式及公式進(jìn)行計(jì)算。在《測量不確定度的要求》文件中明確指出對(duì)不確定度的測量規(guī)范，工作人員應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作。

二、電子天平不確定度的評(píng)定依據(jù)

（一）評(píng)定法律依據(jù)

參照J(rèn)JF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》規(guī)定，對(duì)測量的過程進(jìn)行審核，同時(shí)在測量前我們還需要對(duì)參與測量的其他各種設(shè)備進(jìn)行檢測，以保證測量的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，保證測量數(shù)值的準(zhǔn)確性。

（二）測量規(guī)范

參照J(rèn)JG1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》，對(duì)任何一次檢定結(jié)果的誤差，都不應(yīng)超過規(guī)定荷載的最大誤差，在使用過程中的最大允許誤差應(yīng)該是首次檢定時(shí)的兩倍，檢定人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電子天平的檢定規(guī)程的學(xué)習(xí)，保證檢測數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

（三）環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)

由于溫度和濕度對(duì)天平和砝碼的精度會(huì)產(chǎn)生影響，因此要求室內(nèi)溫度最好保持在18攝氏度至26攝氏度左右，濕度不大于80%，這樣可以有效保證測量結(jié)果的科學(xué)性，不會(huì)因?yàn)闇囟群蜐穸鹊脑虍a(chǎn)生不一樣的結(jié)果。

（四）測量的對(duì)象

可以選用FA1200型號(hào)的電子天平，最大秤量為200g，分度值為0.1mg，首先對(duì)測量的天平做初步的檢測，保證沒有質(zhì)量問題。

（五）測量的內(nèi)容

采用直接測量法，就是把標(biāo)準(zhǔn)砝碼放到被檢測的電子天平上，然后觀察記錄天平顯示的數(shù)據(jù)，再與標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，所得數(shù)值即為天平的誤差，這一步可以采用重復(fù)作業(yè)的方法，對(duì)多組測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均值處理，減小檢測的誤差。

（六）測量的工具

采用F1等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，砝碼的材料應(yīng)選擇不具有磁性的不銹鋼材料，保證沒有磁場對(duì)檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，這樣可以避免風(fēng)力等因素產(chǎn)生的影響，可以選取質(zhì)量介于1g和500g之間的砝碼，同時(shí)根據(jù)《砝碼檢定規(guī)程》檢測砝碼的質(zhì)量是否達(dá)到要求，若砝碼精度不夠或質(zhì)量不達(dá)標(biāo)應(yīng)立即更換，避免因的砝碼質(zhì)量問題而對(duì)天平的檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

三、測量的數(shù)學(xué)模型

采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，及利用測量結(jié)果減去砝碼質(zhì)量的方法，設(shè)Am=m-mo，其中Am為電子天平的測量誤差值，m為電子天平的最終顯示值，mo為砝碼的質(zhì)量，這樣可以測量出總誤差。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中各種不確定度進(jìn)行計(jì)算和評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定方法

按照檢定規(guī)程的要求，測量過程中必須要重復(fù)多次進(jìn)行，對(duì)每次測量采用的砝碼應(yīng)保證規(guī)格和質(zhì)量一致，然后再對(duì)測量的結(jié)果取平均值，這是為了避免偶然性的出現(xiàn)，最大力度減小測量誤差的出現(xiàn)。具體來講，可以采用200g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行重復(fù)10次的實(shí)驗(yàn)，對(duì)10次的測量結(jié)果取平均值，然后再利用貝塞爾公式對(duì)測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差和標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評(píng)定方法

（1）對(duì)電子天平分辨力引入的不確定度進(jìn)行計(jì)算

電子天平的分辨力對(duì)測量的數(shù)值有著重要的影響，由于天平的分度值為為0.1mg，且分辨力的影響為數(shù)學(xué)中的均勻分布，因此可以采用一些數(shù)學(xué)公式求出不確定度的分量。例如：如果不確定度的分布區(qū)間半寬為0.1/2，均勻分布的k的取值為3，那么最終的不確定度即為0.1/23=0.029mg。

（2）對(duì)電子天平偏載引入的不確定分量進(jìn)行計(jì)算

電子天平的偏載問題一直是技術(shù)人員急需解決重要問題，因?yàn)槠鋵?duì)天平的精度產(chǎn)生著重大影響。通過對(duì)初始記錄的計(jì)算，我們可以得到天平的偏載誤差，由于數(shù)據(jù)服從均勻分布，所以可以對(duì)偏載誤差套用公式，求出不確定度。例如：如果偏載誤差為0.4mg，則有不確定度分量為0.4/23=0.116mg。

（3）對(duì)砝碼質(zhì)量引起的不確定度進(jìn)行計(jì)算

這種不確定度形成的原因主要是由于砝碼的質(zhì)量無法保證完全的相同，因此在計(jì)算的時(shí)候可以根據(jù)《砝碼檢定規(guī)程》中提供的數(shù)據(jù)，對(duì)砝碼的誤差進(jìn)行系統(tǒng)的處理，對(duì)各砝碼的質(zhì)量取平均值，減少砝碼問題對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。

（4）合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度的計(jì)算方式

由于各種數(shù)據(jù)的輸入變量彼此不相關(guān)，所以對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不需要進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，可以采用統(tǒng)一公式進(jìn)行計(jì)算。例如：輸入量的數(shù)值分別為0.069和0.050，那么合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度可以為根號(hào)下0.069的平方加上0.050的平方，結(jié)果為0.085mg。

（6）擴(kuò)展的不確定度的計(jì)算方式

擴(kuò)展不確定度的公式為U=ku，當(dāng)包含因子k為2時(shí)，則不確定度為0.17mg。

總結(jié)

綜上所述，上述實(shí)驗(yàn)是嚴(yán)格按照相應(yīng)檢定規(guī)程進(jìn)行的，最主要對(duì)各種因素產(chǎn)生的不確定度進(jìn)行分析，研究這些不確定度產(chǎn)生的原因，計(jì)算出其造成的誤差，作為依據(jù)對(duì)天平檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，保證電子天平的取值在正常的范圍內(nèi)，使其滿足測量的要求，更好的為計(jì)量工作服務(wù)。