電子天平的檢定注意事項(xiàng)及示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

王愛莉

（安徽省郎溪縣市場(chǎng)監(jiān)督檢驗(yàn)所）

0 引言

為保證電子天平的準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)注重電子天平的使用和維護(hù)，同時(shí)必須有效控制電子天平的示值誤差，合理評(píng)定電子天平示值誤差檢定結(jié)果的不確定度。檢定分度值是確定電子天平等級(jí)的關(guān)鍵，也是開展檢定工作的基礎(chǔ)。在電子天平的檢定過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)選擇符合檢定規(guī)程要求的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，即配備一組擴(kuò)展不確定度（k=2）不得大于被檢電子天平對(duì)應(yīng)載荷下最大允許誤差絕對(duì)值1/3的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，不同載荷點(diǎn)最大允許誤差不同，影響檢定結(jié)果的因素不同。

1 電子天平檢定注意事項(xiàng)

1.1 電子天平的檢定項(xiàng)目

電子天平檢定內(nèi)容一般包括：（1）偏載誤差，（2）重復(fù)性誤差，（3）示值誤差。影響電子天平檢定結(jié)果的因素很多。在檢定工作過(guò)程中，外部影響因素是客觀存在的，充分認(rèn)識(shí)和重視這些因素，才可能消除對(duì)檢定結(jié)果的影響。有時(shí)初次檢定結(jié)果不合格，需對(duì)檢定流程及環(huán)境影響因素進(jìn)行分析，消除相關(guān)影響因素后重新檢定，就會(huì)得到合格的檢定結(jié)果，即電子天平本身不存在問(wèn)題，而是外部因素導(dǎo)致檢定結(jié)果不合格。因此，在電子天平檢定工作中，依據(jù)現(xiàn)行檢定規(guī)程對(duì)電子天平檢定的同時(shí)，應(yīng)控制環(huán)境條件等因素對(duì)檢定結(jié)果的影響，合理評(píng)定檢定結(jié)果的不確定度，才能保證電子天平充分稱量?jī)?yōu)勢(shì)。

1.2 電子天平檢定前的準(zhǔn)備

電子天平應(yīng)避免陽(yáng)光直射，遠(yuǎn)離震源、熱源和高強(qiáng)電磁場(chǎng)等環(huán)境，如鐵路、公路、振動(dòng)機(jī)等振動(dòng)機(jī)械，無(wú)法避免時(shí)應(yīng)采取防震措施。工作室內(nèi)溫度、濕度應(yīng)按檢定規(guī)程要求設(shè)置，一般溫度在-10 ℃～40 ℃，Ⅰ級(jí)天平相對(duì)濕度不大于80%，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)天平相對(duì)濕度不大于85%。室內(nèi)應(yīng)清潔干凈，避免氣流的影響，無(wú)腐蝕性氣體的影響。操作電子天平不可過(guò)載使用以免損壞天平。檢定前應(yīng)做如下準(zhǔn)備：

（1）調(diào)整水平。電子天平使用前應(yīng)調(diào)整水平，檢定過(guò)程中因擺放位置不平而產(chǎn)生較大測(cè)量誤差，等級(jí)越高影響越大。

（2）預(yù)熱。接通電源，預(yù)熱至規(guī)定時(shí)間后再開始檢定。

（3）校準(zhǔn)。因電子天平存放時(shí)間較長(zhǎng)、位置移動(dòng)、環(huán)境變化，為獲得精確測(cè)量，天平檢定前一般先使用自帶標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)。

（4）環(huán)境條件的監(jiān)控。應(yīng)配備分度值不大于0.2 ℃的溫度計(jì)，最大允許誤差低于相對(duì)濕度5%的濕度計(jì)。

（5）標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選擇。確定被檢電子天平的產(chǎn)品名稱、型號(hào)、準(zhǔn)確度等級(jí)、最大稱量、最小稱量、實(shí)際分度值等信息后選擇對(duì)應(yīng)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼。

2 電子天平示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

因存在電子天平多范圍、多分度及具有不同最大稱量等差別，電子天平示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定應(yīng)分別進(jìn)行?，F(xiàn)以特種準(zhǔn)確度級(jí)、高準(zhǔn)確度級(jí)和中準(zhǔn)確度級(jí)的電子天平為例，依次評(píng)定200 g、100 g、5000 g示值誤差的不確定度，其他負(fù)荷點(diǎn)的不確定度可參照評(píng)定。

2.1 概述

2.1.1 檢定依據(jù)：JJG 1036—2008《電子天平檢定規(guī)程》

2.1.2 環(huán)境條件：恒溫室溫度在（16～25）℃內(nèi)，且溫度波動(dòng)≤0.5 ℃/h，相對(duì)濕度不大于75%，無(wú)振動(dòng)、氣流和磁場(chǎng)等影響。

2.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：E1等級(jí)和E2等級(jí)砝碼各一組。

2.1.4 被測(cè)對(duì)象：Max=200 g、d=0.1mg、e=1 mg的特種準(zhǔn)確度級(jí)電子天平，Max=100 g、d=1 mg、e=10 mg的高準(zhǔn)確度級(jí)電子天平和Max=5000 g、d=0.01 g、e=0.1 g的中準(zhǔn)確度級(jí)電子天平。

2.1.5 測(cè)量方法：天平放置于平整、穩(wěn)固的平臺(tái)上，預(yù)熱并按規(guī)定的使用條件達(dá)到平衡穩(wěn)定。對(duì)應(yīng)用E1等級(jí)、E2等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼直接測(cè)量，電子天平示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之差為示值誤差。

2.2 測(cè)量模型

式中：

Δm——電子天平各載荷點(diǎn)的示值誤差；

p——電子天平各載荷點(diǎn)的示值；

m——各載荷點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼值。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

忽略環(huán)境溫度、空氣浮力等因素對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼和電子天平的影響，僅考慮標(biāo)準(zhǔn)砝碼定值不準(zhǔn)、測(cè)量重復(fù)性、電子天平的分辨力、偏載誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.1 特種準(zhǔn)確度級(jí)天平最大稱量200 g處示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

（1）輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）

由JJG 99—2006《砝碼檢定規(guī)程》知，檢定合格的200 g E1等級(jí)砝碼的最大允許誤差為0.3 mg，則標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）

1）測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p1）

在重復(fù)性條件下，用200 g E1等級(jí)砝碼連續(xù)10次測(cè)量，得到測(cè)量值見表1。

表1 200 g E1等級(jí)砝碼10次測(cè)量值 單位：g

實(shí)際在電子天平的示值誤差檢定工作中，僅測(cè)量1次，則：

2）電子天平分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p2）

分辨力主要影響示值化整誤差，被檢電子天平的分辨力d=0.1 mg，按服從均勻分布估計(jì)，因空載、加載兩次影響示值，則：

因?yàn)閡（p2）＜u（p1），所以舍去分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3）偏載誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

按照檢定規(guī)程的要求檢定偏載誤差，該電子天平偏載誤差為0.2 mg，半寬a=0.1 mg，按均勻分布，則：

因此，輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）為：

2.3.2 高準(zhǔn)確度級(jí)天平最大稱量100 g處示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

（1）輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）

由JJG 99—2006《砝碼檢定規(guī)程》知，檢定合格的100 g E2等級(jí)砝碼的最大允許誤差為0.16 mg，則標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）

1）測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p1）

在重復(fù)性條件下，用100 g E2等級(jí)砝碼連續(xù)10次測(cè)量，得到測(cè)量值見表2。

表2 100 g E2等級(jí)砝碼10次測(cè)量值 單位：g

實(shí)際在電子天平的示值誤差檢定工作中，僅測(cè)量1次，則：

2）天平分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p2）

分辨力主要影響示值化整誤差，被檢電子天平分辨力d=1 mg，按服從均勻分布估計(jì)，因空載、加載兩次影響示值，則：

因?yàn)閡（p2）＜u（p1），所以舍去分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3）偏載誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

按照檢定規(guī)程的要求檢定偏載誤差，該電子天平偏載誤差為3 mg，半寬a=1.5 mg，按均勻分布，則：

輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）為：

2.3.3 中準(zhǔn)確度級(jí)天平最大稱量5000 g處示值誤差檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

（1）輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m）

由JJG 99—2006《砝碼檢定規(guī)程》知，檢定合格的5000 g E2等級(jí)砝碼的最大允許誤差為8.0 mg，則標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

（2）輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）

1）測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p1）

在重復(fù)性條件下，用5000 g砝碼連續(xù)10次測(cè)量，得到測(cè)量值見表3。

表3 5000 g砝碼10次測(cè)量值 單位：g

實(shí)際在電子天平的示值誤差檢定工作中，僅測(cè)量1次，則：

2）天平分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p2）

分辨力主要影響示值化整誤差，被檢電子天平分辨力d=10 mg，按服從均勻分布估計(jì)，因空載、加載兩次影響示值，則：

因?yàn)閡（p2）＜u（p1），所以舍去分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3）偏載誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

按照檢定規(guī)程的要求檢定偏載誤差，該電子天平偏載誤差為30 mg，半寬a=15 mg，按均勻分布，則：

輸入量p的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（p）為：

2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見表4。

表4 各不確定度分量匯總表

2.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

輸入量m和p標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量獨(dú)立不相關(guān)，由不確定度傳播定律：

則200 g、100 g、5000 g示值誤差檢定結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.6 擴(kuò)展不確定度

取k=2，則200 g、100 g、5000 g示值誤差檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

2.7 測(cè)量不確定度報(bào)告

特種準(zhǔn)確度級(jí)電子天平（Max=200 g，d=0.1 mg，e=1 mg）200 g示值誤差檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U＝0.26 mg，k=2。

高準(zhǔn)確度級(jí)電子天平（Max=100 g，d=1 mg，e=10 mg）100 g示值誤差檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U＝2.4 mg，k=2。

中準(zhǔn)確度級(jí)電子天平（Max=5000 g，d=0.01 g，e=0.1 g）5000 g示值誤差檢定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U＝32 mg，k=2。

3 結(jié)語(yǔ)

電子天平是在量值傳遞、化學(xué)分析、工業(yè)計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算等工作生活領(lǐng)域常用的計(jì)量器具，屬于民生計(jì)量的重要組成部分，提高檢定人員技術(shù)水平，確保電子天平計(jì)量性能的穩(wěn)定，量值準(zhǔn)確可靠，有利于實(shí)驗(yàn)室管理水平和內(nèi)部質(zhì)量控制能力的提高，關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量，決定科研技術(shù)水平，保障生產(chǎn)生活秩序。