電子天平示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定

王鋒祥

摘要：作為重要測量工具的一種，電子天平精準(zhǔn)度非常高，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測量，但是電子天平如果產(chǎn)生誤差就會嚴(yán)重影響測量結(jié)果，因此需要對電子天平示值的誤差進(jìn)行評定，對誤差測量結(jié)果進(jìn)行分析和探討，這樣能夠讓電子天平的測量結(jié)果更加精準(zhǔn)。本文對電子天平示值誤差測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評定，分析了導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素，并突出了監(jiān)測誤差的方法，根據(jù)電子天平檢定規(guī)程和測量不確定度評定對電子天平示值的誤差結(jié)果進(jìn)行了測評，對其不確定度進(jìn)行了評定。

關(guān)鍵詞：電子天平；不確定度；評定

電子天平的原理是電子平衡，人們想到可以利用電子平衡制作一種精密的測量工具，于是就誕生了電子天平。電子天平是現(xiàn)代電子數(shù)據(jù)的體現(xiàn)，其設(shè)計具有傳統(tǒng)機械天平?jīng)]有的優(yōu)勢，不需要采用砝碼，就可以將測量結(jié)果顯示在電子屏上。電子天平的反應(yīng)非常靈敏，精確度高，并且操作簡單，還可以與自動化設(shè)備相連，為實際應(yīng)用帶來更多的便利，也為數(shù)據(jù)的進(jìn)一步計算提供了保障，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，但電子天平的使用的過程中容易受到多種因素的影響和干擾，影響了電子天平的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致其測量的結(jié)果不準(zhǔn)確。針對這種情況，需要定期對電子天平進(jìn)行檢測，對其誤差進(jìn)行測量，并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行評定，對其誤差進(jìn)行研究，這樣才能讓電子天平得到更好的校準(zhǔn)，測量結(jié)果更為準(zhǔn)確，能夠更好的被投入使用。

1電子天平的定義及原理

電子天平指的是采用電磁力平衡測量物體重力的天平，電子天平的測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，顯示也很快速和清晰，還可以自動進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測，能夠通過自動校準(zhǔn)裝置以及超載保護(hù)等裝置進(jìn)行簡單的自動校準(zhǔn)。其原理是采用應(yīng)變式傳感器，電容傳感器以及電磁平衡傳感器，對重量的變化進(jìn)行感應(yīng)。其中應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，造價也比較低，但是測量精度有限。電容式傳感器測量速度很快，性價比也很高，但是也達(dá)不到很高的精度。電磁平衡傳感器則可以達(dá)到很高的精度，測量的結(jié)果也比較準(zhǔn)確，并且顯示清晰快速，帶有自動檢測系統(tǒng)和簡單的校準(zhǔn)和超載保護(hù)裝置，因此相較于應(yīng)變式和電容式傳感器更加具有優(yōu)勢，廣泛的運用于各個行業(yè)和場景。

2電子天平的測量條件

標(biāo)準(zhǔn)E2等級的砝碼，常被用來作為電子天平測量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，測量時的室內(nèi)溫度需要保持在20℃-24℃之間，室內(nèi)的濕度要小于80%，在這樣的室內(nèi)環(huán)境下測量結(jié)果才能夠更加準(zhǔn)確。根據(jù)電子天平測量的相關(guān)規(guī)程，就可以開始對其進(jìn)行誤差的測量了。本文選取的是最大承重量為200克，分度值為0.1毫克的電子天平，也是比較常見的一種規(guī)格的電子天平。先用選取的電子天平測量標(biāo)準(zhǔn)砝碼，由于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量的固定并且已知的，如果電子天平顯示的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)砝碼對比不一樣，就說明電子天平出現(xiàn)了誤差。采用這樣的測量方法進(jìn)行測量，可以建立起數(shù)學(xué)模型，一般來說運用的模型是△m=m-mb，△m表示的是電子天平測量標(biāo)準(zhǔn)砝碼顯示數(shù)值的值，mb表示的是標(biāo)準(zhǔn)砝碼的已知數(shù)值。

3電子天平示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

很多因素都會對電子天平的測量結(jié)果產(chǎn)生影響，常見的有測量的重復(fù)，大氣的壓力，以及天平本身靈敏度的問題。這些因素影響電子天平示值誤差的核心因素是因為其影響了電磁，對其產(chǎn)生了干擾，從而影響測量結(jié)果。測量的時間如果過長或者過短，也會導(dǎo)致測量結(jié)果的不準(zhǔn)確，測量時間過長電磁容易被干擾，測量時間過短則讀數(shù)還沒有穩(wěn)定。本文無法將所有影響電子天平測量的因素都考慮完善，但選取了對其影響較大的因素進(jìn)行了評定，其中有對輸入量，合成標(biāo)準(zhǔn)以及擴展不確定度評定等。

3.1輸入量標(biāo)準(zhǔn)的評定

對電子天平示值誤差進(jìn)行評定時選取了200g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為評定工具，mb表示的是輸入量，μ（mb）表示的是不確定度，采用B類方法可以對輸入量的不確定度進(jìn)行評定。根據(jù)電子天平不確定度規(guī)程，經(jīng)過計算砝碼擴展的不確定度為0.10mg，將不確定值用U表示，得到其包含因子是2，將其用k表示。通過對其自由度的估算，可以得到200克的砝碼，不確定度為0.05毫克，自由度為50。通過對其輸入量的評定，可以得出不確定度和天平重復(fù)性相關(guān)的結(jié)論，這就需要進(jìn)行反復(fù)的測量，這樣才能最終獲得其不確定性。測量時可以用統(tǒng)一的砝碼，采用多次測量的形式，其他條件不變，直到將200克的砝碼多次測量，得到10個數(shù)值，在對這是個數(shù)值進(jìn)行平均值的計算，得到單次試驗的標(biāo)準(zhǔn)差為0.07。為了數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和具有說服力，也可以再準(zhǔn)備三臺電子天平，規(guī)格相同，都進(jìn)行同樣的測試，得到九組結(jié)果，分別對其標(biāo)準(zhǔn)誤差進(jìn)行計算，再將其標(biāo)準(zhǔn)誤差進(jìn)行合并，得到合并后的標(biāo)準(zhǔn)誤差為sp=0.07。由此可以得到 μ（m1）=0.07，自由度 v（m1）=9×（10-1）=81。對天平分辨度的測量，也可以將不確定度用μ（m2）表示，假設(shè)電子天平的分度值是0.1毫克，那么通過公職計算就可以得到不確定度是0.03毫克，自由度是50。

3.2合成標(biāo)準(zhǔn)的評定

對于合成標(biāo)準(zhǔn)的評定可以采用數(shù)學(xué)模型△m=m-mb，其靈敏度系數(shù)可以用C1和C2表示，分別為1和-1，并且根據(jù)得到的值，對不確定度進(jìn)行計算，保持輸入量之間的相互獨立，計算合成標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)公式可以得到不確定度為0.09毫克。由此可以得出合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度有效自由度為veff=150，取有效自由度veff=∞，采用這種方法就可以對電子天平的合成標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。

3.3擴展不確定度評定

將置信概率的取值定為p=95%，根據(jù)有效自由度veff=∞可以查得kp=1.960，擴展不確定度為 U95=1.960×0.09=0.18mg，擴展度也是影響電子天平示值誤差的重要因素，根據(jù)此測量結(jié)果就可以得出擴展不確定度的評定結(jié)果，對電子天平示值誤差進(jìn)行判定。

3.4不確定度的表示與意義

對電子天平測量，其最大稱重量是200克，根據(jù)測量結(jié)果，可以得到不確定度為0.18毫克，veff=∞。影響電子天平的因素通過測量結(jié)果能夠清晰的現(xiàn)實出來，對誤差可以進(jìn)行判定，觀察是否在合理的范圍內(nèi)，這樣可以更好的對電子天平進(jìn)行校正，及時的對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保電子天平的示值是符合測量規(guī)定和要求的，從而讓電子天平的使用年限更長，測量數(shù)據(jù)更加精確，不會由于誤差影響到測量結(jié)果，造成嚴(yán)重的后果，為不同的行業(yè)提供更加精準(zhǔn)的測量。

4結(jié)束語

綜上所述，電子天平是一種重要的測量工具，其精度在其他測量工具中是比較高的，很多場所都使用了電子天平，尤其是醫(yī)院、實驗室等場所對電子天平的測量精度有較高的要求，因此需要對電子天平示值誤差測量結(jié)果進(jìn)行不確定度的評定。在電子天平的使用過程中，很多環(huán)境以及其他方面的因素都會影響電子天平的精度，導(dǎo)致電子天平失去原來的準(zhǔn)確性，出現(xiàn)測量的誤差。要想知道電子天平存在哪些問題，就必須對其進(jìn)行誤差結(jié)果的不確定性測評，通過對其主要影響因素的評定，判斷測量誤差，這樣才能作為校準(zhǔn)的依據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，滿足使用要求，讓電子天平能夠更好的進(jìn)行工作。電子天平作為一種精密儀器難免會由于各種因素導(dǎo)致準(zhǔn)確性的偏差，因此需要對電子天平定期的進(jìn)行檢查和測定，找出影響電子天平精度的原因，對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓其保持精準(zhǔn)度，滿足測量的要求，從而能夠更好的進(jìn)行測量工作。

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