天平砝碼檢定誤差原因分析及改進(jìn)措施

【摘要】天平砝碼是常用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置之一，用于檢定和校準(zhǔn)各類稱重設(shè)備。在天平砝碼檢定過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤差，影響著測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本文深入分析了天平砝碼檢定誤差產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以期有效改善天平砝碼的檢定精度。

【關(guān)鍵詞】計(jì)量檢定；天平砝碼；誤差

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.063

Analysis and Improvement Measures for the Errors in the Calibration of Balance Weights

YAO Jixiong

（Loudi Metrological Testing and Verification Institute， Loudi 417000， China）

Abstract： The balance weight is one of the commonly used metrological standard devices for verifying and calibrating various weighing equipment. However， errors often occur during the calibration process of balance weights， which affects the accuracy and reliability of measurement results. This article deeply analyzes the reasons for the calibration errors of balance weights and proposes corresponding measures to effectively improve the calibration accuracy.

Keywords： metrological verification； balance weight； error

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)生產(chǎn)以及商品交易等領(lǐng)域，準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果是保證產(chǎn)品質(zhì)量、判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)論和維護(hù)公平交易的基礎(chǔ)。而天平砝碼則承擔(dān)著作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來檢定和校準(zhǔn)其他物體質(zhì)量的重要任務(wù)。因此，對(duì)天平砝碼進(jìn)行準(zhǔn)確的檢定是確保測(cè)量結(jié)果可信度的關(guān)鍵步驟。通過對(duì)砝碼進(jìn)行定期檢定，可以驗(yàn)證其準(zhǔn)確度，并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正由于使用過程中引起的誤差。這樣可以保證天平測(cè)量系統(tǒng)始終處于可靠和精確的狀態(tài)，從而提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。

首先，天平砝碼檢定對(duì)于保證質(zhì)量控制具有重要意義。在各個(gè)行業(yè)，準(zhǔn)確測(cè)量物體質(zhì)量是非常關(guān)鍵的。因此，通過對(duì)天平砝碼進(jìn)行周期性檢定，可以有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，并保證生產(chǎn)過程中各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，天平砝碼檢定對(duì)于科學(xué)研究具有重要意義。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往需要對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行精確測(cè)量以獲取可靠數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)又是科學(xué)理論驗(yàn)證和推進(jìn)的基礎(chǔ)[1]。如果天平砝碼存在誤差，將直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。最后，天平砝碼檢定還可以保障經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)過程中，如果使用不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定的天平進(jìn)行質(zhì)量控制，則可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)成本增加甚至是產(chǎn)品召回等問題。而這些問題都會(huì)給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過對(duì)天平砝碼進(jìn)行精確檢定，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正天平偏差，避免因質(zhì)量問題而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

2.1溫度、濕度等環(huán)境因素

溫度是一個(gè)常見且重要的環(huán)境因素，它對(duì)天平性能產(chǎn)生直接影響。溫度變化會(huì)導(dǎo)致物體的體積和密度發(fā)生變化，從而可能引起天平示值的偏差。當(dāng)溫度升高時(shí)，物體的體積會(huì)膨脹，密度減??；當(dāng)溫度下降時(shí)，則相反。這種體積和密度的變化會(huì)導(dǎo)致天平測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值之間存在差異[2]。同時(shí)，濕度也是一個(gè)不可忽視的環(huán)境因素。濕氣可以引起物體表面黏附水分，并改變物體的質(zhì)量。特別是在高濕度環(huán)境下，水分會(huì)在砝碼表面形成一層細(xì)微的水膜，在稱量過程中可能導(dǎo)致示值上升或下降。此外，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用，濕氣還可能使砝碼產(chǎn)生銹蝕，進(jìn)一步影響其質(zhì)量和準(zhǔn)確性。除了溫度和濕度，其他環(huán)境因素（如大氣壓力、振動(dòng)）等也可能對(duì)天平性能產(chǎn)生一定的影響。

2.2砝碼材料和制造工藝不合理

首先，砝碼的材料選擇對(duì)其精度至關(guān)重要。常見的砝碼材料包括鐵、銅、不銹鋼等。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于成本、加工難度等因素，一些低質(zhì)量或者不適合的物質(zhì)被作為制作砝碼的材料。這些材料可能存在著密度變化、帶有磁性或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等問題，從而引入了額外的誤差。其次，制造工藝對(duì)于砝碼的準(zhǔn)確性也有很大影響。在制造過程中，如果沒有嚴(yán)格控制溫度、濕度以及其他環(huán)境因素，則可能會(huì)導(dǎo)致砝碼表面出現(xiàn)氧化、腐蝕或者變形等問題。這些表面缺陷會(huì)影響天平讀數(shù)，并引入額外的誤差。最后，砝碼的形狀和尺寸也會(huì)對(duì)其準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。如果砝碼的形狀不規(guī)則或者尺寸精度不高，那么在校準(zhǔn)過程中就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。因此，在制造砝碼時(shí)，需要嚴(yán)格控制形狀和尺寸的精度，以保證其準(zhǔn)確性。

2.3砝碼使用過程中磨損和老化

砝碼在使用過程中，經(jīng)常與其他金屬物體接觸或摩擦，這會(huì)導(dǎo)致其表面出現(xiàn)微小的劃痕和磨損。這種磨損會(huì)導(dǎo)致接觸面積減小或表面發(fā)生改變，進(jìn)而影響到天平測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。在砝碼表面形態(tài)發(fā)生改變時(shí)，由于形狀不規(guī)則或者表面存在劃痕等問題，與待校驗(yàn)物體接觸的方式可能會(huì)發(fā)生變化。這種變化會(huì)導(dǎo)致接觸點(diǎn)的位置不準(zhǔn)確或者接觸面積不均勻，進(jìn)而引起測(cè)量結(jié)果的偏差。由于砝碼通常由金屬制成，其材料性質(zhì)可能隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化。例如，金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中可能會(huì)發(fā)生塑性變形、晶粒尺寸增大、結(jié)構(gòu)腐蝕等現(xiàn)象。這些變化會(huì)導(dǎo)致砝碼的質(zhì)量和密度發(fā)生變化，進(jìn)而影響到天平測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。金屬材料還可能因?yàn)檠趸?、腐蝕等原因而導(dǎo)致砝碼質(zhì)量改變。這種質(zhì)量的改變同樣會(huì)影響到天平讀數(shù)，并引入誤差。

2.4操作人員技術(shù)水平

首先，操作人員對(duì)天平使用方法的掌握程度直接關(guān)系到砝碼檢定過程中出現(xiàn)誤差的概率。如果操作人員不熟悉天平的使用方法，可能會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，進(jìn)而引發(fā)誤差。例如，在放置砝碼時(shí)，如果沒有正確地將砝碼放置在天平托盤上，并未確保其與托盤之間沒有雜物干擾，就會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤。其次，對(duì)于天平零點(diǎn)和靈敏度等參數(shù)的不當(dāng)調(diào)整也會(huì)帶來誤差。再次，操作規(guī)范性也是影響砝碼檢定誤差的重要因素之一。在進(jìn)行砝碼稱量前如果沒有預(yù)先校準(zhǔn)并調(diào)節(jié)好天平零點(diǎn)，可能會(huì)因?yàn)榱泓c(diǎn)不準(zhǔn)確而引起誤差。最后，操作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和儀器設(shè)備的了解程度也會(huì)對(duì)砝碼檢定產(chǎn)生影響。操作人員需要了解實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫濕度、電磁場(chǎng)等環(huán)境因素對(duì)檢定結(jié)果產(chǎn)生的可能影響，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行校正或者調(diào)整，此外，對(duì)于儀器設(shè)備的性能特點(diǎn)和使用限制也需要有一定的了解，以便在實(shí)際操作中避免出現(xiàn)誤差。

3.1加強(qiáng)溫度、濕度等環(huán)境因素的控制

首先，要確保檢定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的溫度和濕度能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。在天平砝碼檢定過程中，應(yīng)該盡量控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的溫度在一個(gè)較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，并采取合適的措施來防止外界溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部溫度造成影響。為了減少濕度對(duì)天平砝碼檢定結(jié)果的干擾，應(yīng)該盡量控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部濕度在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)，并采取必要的措施來防止?jié)穸茸兓瘜?duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部濕度造成影響[4]。其次，大氣壓力的變化會(huì)導(dǎo)致砝碼受到空氣浮力的影響，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。對(duì)此，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置恒定的大氣壓力環(huán)境，對(duì)于在特殊情況下的檢定需求，進(jìn)行相應(yīng)修正計(jì)算。再次，振動(dòng)對(duì)砝碼檢定結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，為了降低振動(dòng)可以將天平和砝碼放置在穩(wěn)固的臺(tái)面上，并使用減震裝置，避免出現(xiàn)人員活動(dòng)、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)等產(chǎn)生的振動(dòng)。最后，在加強(qiáng)溫度、濕度等環(huán)境因素控制方面，可以選擇安裝恒溫恒濕設(shè)備。通過安裝恒溫恒濕設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部溫度和濕度的精確控制。這樣可以有效減少溫度、濕度等環(huán)境因素對(duì)天平砝碼檢定結(jié)果的影響。

3.2使用高精度材料，優(yōu)化制造工藝

首先，選擇高精度材料是減少天平砝碼檢定誤差的關(guān)鍵因素之一。目前市場(chǎng)上存在許多不同材質(zhì)的砝碼，如鐵、銅、不銹鋼等。其中，不銹鋼具有較好的抗腐蝕性和穩(wěn)定性，能夠保證長(zhǎng)期使用時(shí)不易生銹或變形，從而提高了天平砝碼的準(zhǔn)確性。此外，還可以選擇具有更高密度和更好機(jī)械強(qiáng)度的材料，以增加砝碼的質(zhì)量穩(wěn)定性和重復(fù)使用壽命。其次，在制造工藝方面進(jìn)行優(yōu)化也能夠有效改善天平砝碼的檢定誤差。傳統(tǒng)制造工藝中存在許多可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的因素，如鑄造時(shí)溫度控制不準(zhǔn)確、模具設(shè)計(jì)不合理等。通過優(yōu)化這些制造工藝，可以降低砝碼的制造誤差，并提高其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)于不銹鋼材料的選擇，可以考慮采用高純度的不銹鋼材料，并進(jìn)行精密加工和拋光處理，以保證砝碼表面的光滑度和平整度。同時(shí)，在鑄造過程中，需要嚴(yán)格控制鑄模溫度、冷卻速度等參數(shù)，以確保砝碼的尺寸精確度和質(zhì)量穩(wěn)定性。最后，在模具設(shè)計(jì)方面，可以采用先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，提高模具的精度和制造效率。除了材料選擇和制造工藝優(yōu)化外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)天平砝碼的質(zhì)量檢測(cè)，通過建立完善的檢測(cè)體系和標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，對(duì)每一批次生產(chǎn)出來的天平砝碼進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，確保其準(zhǔn)確性符合規(guī)定要求。同時(shí)，在使用過程中也要注意對(duì)砝碼進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的問題。

3.3加強(qiáng)砝碼使用中的檢修維護(hù)

首先，對(duì)于新購買的天平砝碼，在使用之前應(yīng)進(jìn)行首次檢定，可以將其與已經(jīng)檢定過的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行比較，如果超出允許誤差，則需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整或更換。其次，在日常使用過程中，應(yīng)定期進(jìn)行天平砝碼的檢查和校準(zhǔn)[5]。一般來說，每個(gè)月或每季度都應(yīng)該進(jìn)行一次期間核查，可以通過將天平砝碼與核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來完成，如果發(fā)現(xiàn)有明顯誤差，則需要及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整或更換。最后，在使用過程中還需要注意以下幾點(diǎn)：1）避免頻繁移動(dòng)和碰撞。天平砝碼在使用過程中應(yīng)盡量避免頻繁移動(dòng)和碰撞，以免造成其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的松動(dòng)或損壞。2）防止腐蝕和污染。天平砝碼應(yīng)存放在干燥、清潔的環(huán)境中，避免接觸到腐蝕性物質(zhì)或污染物，以防止其表面受損或產(chǎn)生誤差。3）定期清潔。定期對(duì)天平砝碼進(jìn)行清潔是必要的?？梢允褂靡恍睾偷那鍧崉┖蛙洸驾p輕擦拭其表面，以去除塵土和污垢。4）儲(chǔ)存合理。在不使用天平砝碼時(shí)，應(yīng)將其儲(chǔ)存在干燥、無塵的地方，并且需要注意避免長(zhǎng)時(shí)間堆放或壓力過大，以防止形變或損壞。

3.4加強(qiáng)培訓(xùn)并改進(jìn)檢定管理制度

為了保證操作人員具備專業(yè)的技能和知識(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)。應(yīng)制定詳細(xì)的培訓(xùn)計(jì)劃，明確培訓(xùn)內(nèi)容、方式和時(shí)間安排。培訓(xùn)內(nèi)容可以包括天平砝碼的結(jié)構(gòu)原理、使用方法、常見問題及處理方法等方面的知識(shí)。同時(shí)，還要選擇有經(jīng)驗(yàn)且技術(shù)過硬的專業(yè)人員擔(dān)任培訓(xùn)師，在實(shí)際操作中進(jìn)行示范指導(dǎo)，并對(duì)操作人員進(jìn)行實(shí)踐演練，以提高其實(shí)際應(yīng)用能力。此外，還可以組織相關(guān)知識(shí)競(jìng)賽或交流會(huì)議，促使操作人員相互學(xué)習(xí)、交流經(jīng)驗(yàn)，不斷提升自身技術(shù)水平。

建立完善的檢定管理制度是確保天平砝碼檢定誤差改進(jìn)的關(guān)鍵。首先，應(yīng)明確檢定流程和標(biāo)準(zhǔn)的操作步驟，并將其編寫成操作程序，供操作人員執(zhí)行。這樣可以確保每個(gè)環(huán)節(jié)都按照規(guī)定進(jìn)行，并有明確的責(zé)任分工。其次，應(yīng)建立健全的質(zhì)量控制體系，對(duì)天平砝碼的采購、使用、維護(hù)和校準(zhǔn)等方面進(jìn)行管控。例如，在采購環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇合格可靠的供應(yīng)商，并對(duì)砝碼進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收；在使用環(huán)節(jié)，要求操作人員按照操作程序使用天平砝碼，并及時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；在維護(hù)和檢定環(huán)節(jié)，要制定相應(yīng)的計(jì)劃和程序，確保天平砝碼處于良好狀態(tài)。最后，還可以建立檢定結(jié)果追蹤機(jī)制，對(duì)每次檢定結(jié)果進(jìn)行記錄和分析，通過統(tǒng)計(jì)和分析檢定結(jié)果中存在的誤差類型、頻率以及原因等信息，找出問題所在并提出改進(jìn)措施，同時(shí)，還可以借助先進(jìn)的技術(shù)手段如數(shù)據(jù)分析軟件來輔助分析工作。

綜上所述，引起天平砝碼檢定誤差的原因主要包含儀器設(shè)備問題、溫度濕度等環(huán)境因素、長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)生的老化磨損及操作人員技術(shù)水平不高等。本文通過深入分析，可以幫助相關(guān)人員更好地認(rèn)識(shí)到問題所在，找出解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)，并有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行改進(jìn)，這對(duì)于提高計(jì)量檢定工作的效果具有重要意義。

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【作者簡(jiǎn)介】

姚繼雄，男，1976年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)量檢定與校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）