機(jī)械天平測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定與表示

孟令帥 高燕 王曉曉 劉德成 張?jiān)讫?/p>

【摘要】本文依據(jù)新的JJG 98—2019《機(jī)械天平》檢定規(guī)程，選取實(shí)驗(yàn)室中穩(wěn)定的機(jī)械天平為測(cè)量對(duì)象，建立機(jī)械天平測(cè)量模型，對(duì)影響機(jī)械天平不確定度的來(lái)源進(jìn)行計(jì)算分析，最后合并得出該稱量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的不確定度。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械天平；測(cè)量設(shè)備；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.076

Evaluation and Expression of Uncertainty of Measurement Result of Mechanical Balance

MENG Lingshuai， GAO Yan， WANG Xiaoxiao， LIU Decheng， ZHANG Yunlong

（Weifang Institute of Metrology and Measurement，Weifang 261061，China）

Abstract： According to the new verification regulation JJG 98—2019 Mechanical Balance， the stable mechanical balance of the laboratory is selected as the measurement object， the measurement model of mechanical balance is established， the source of the uncertainty of the mechanical balance is calculated and analyzed， and the uncertainty of the measurement result of the weighing point is finally obtained.

Keywords： mechanical balance； measuring equipment； uncertainty

目前，機(jī)械天平仍然作為計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具被使用，特別是在一些安全程度要求較高、需要精密稱量的生產(chǎn)加工領(lǐng)域。因此，在使用機(jī)械天平稱量過(guò)程中，為獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量，獲得該稱量點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果的不確定度是至關(guān)重要的一項(xiàng)工作。

利用杠桿平衡原理對(duì)物體質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，是機(jī)械天平的工作原理[1]。本文選取一種沒(méi)有阻尼器的機(jī)械天平，依據(jù)規(guī)程建立測(cè)量模型，測(cè)量過(guò)程中，把天平靈敏度、天平測(cè)量重復(fù)性、環(huán)境條件變化以及天平橫梁不等臂性誤差作為考慮的不確定度來(lái)源分量，分析評(píng)定機(jī)械天平在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的不確定度。

1.1測(cè)量依據(jù)

JJG 98—2019《機(jī)械天平》檢定規(guī)程。

1.2環(huán)境測(cè)量條件

溫度：（20±3）℃，溫度的起伏波動(dòng)≤0.5℃/h，濕度應(yīng)不大于75%。

1.3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)中選用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼為E2等級(jí)。測(cè)量中標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選取，應(yīng)根據(jù)JJG 98—2019《機(jī)械天平》檢定規(guī)程中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度（k=2）的要求，其不得超過(guò)被校機(jī)械天平在相應(yīng)載荷下最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。

1.4測(cè)量對(duì)象

選取TG31型機(jī)械天平作為被測(cè)對(duì)象，該型天平為無(wú)阻尼式普通標(biāo)尺，其檢定標(biāo)尺分度值為e=0.5 mg，最大秤量為1000 g。

1.5測(cè)量方法

采用直接測(cè)量的方法，即該測(cè)量點(diǎn)的示值誤差可以通過(guò)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，直接用天平測(cè)量得到。

1.6評(píng)定結(jié)果的使用

測(cè)量不確定度對(duì)應(yīng)每一測(cè)量結(jié)果，通常報(bào)告測(cè)量結(jié)果時(shí)，測(cè)量不確定度都用擴(kuò)展不確定度表示，除了規(guī)定約定外，不同參數(shù)、不同測(cè)量范圍的相關(guān)量值應(yīng)分別給出相應(yīng)的測(cè)量不確定度[2]。

2數(shù)學(xué)模型

任選2臺(tái)相同型號(hào)的TG31機(jī)械天平，分別對(duì)每臺(tái)機(jī)械天平進(jìn)行3組測(cè)量，規(guī)定每組測(cè)量在重復(fù)性測(cè)量條件下，均連續(xù)測(cè)量10次，共計(jì)獲得6組測(cè)量序列。按照上述方法對(duì)得到的每組測(cè)量列分別進(jìn)行計(jì)算，一共得到6個(gè)單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，如表1所示。

由于經(jīng)檢定合格的普通標(biāo)尺天平橫梁不等臂性誤差不超過(guò)6個(gè)分度，通常情況下不進(jìn)行添加小砝碼測(cè)量，故上述公式可以簡(jiǎn)化為：

可以參照上述方法對(duì)天平其他稱量點(diǎn)的測(cè)量進(jìn)行評(píng)定分析。另外，示值誤差測(cè)量結(jié)果的末位應(yīng)與其測(cè)量不確定度的末位對(duì)齊，當(dāng)?shù)谝晃挥行?shù)字是1或2時(shí)候，應(yīng)修改后保留二位有效數(shù)字，對(duì)測(cè)量要求不高的情況下，可以適當(dāng)保留一位有效數(shù)字[4]。

7結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合新的機(jī)械天平檢定規(guī)程重新對(duì)機(jī)械天平測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定表示，從評(píng)定分析中注意到，天平示值重復(fù)性、環(huán)境條件變化以及天平橫梁不等臂性誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定度的影響比較大，尤其是環(huán)境條件變化，所以在平時(shí)的測(cè)量中，加強(qiáng)環(huán)境條件正確控制顯得尤為重要。不論是企業(yè)還是計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，都應(yīng)充分考慮環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果不確定度的影響，在機(jī)械天平的使用過(guò)程中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證工作臺(tái)平穩(wěn)、堅(jiān)固，實(shí)驗(yàn)室不受氣流、磁場(chǎng)、振動(dòng)等環(huán)境影響，可以有效減少環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)而提高測(cè)量結(jié)果的精確性和可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]機(jī)械天平：JJG 98—2019[S].

[2]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示：JJF 1059.1—2012[S].

[3]砝碼：JJG 99—2022[S].

[4]葉德培，丁躍清，黃耀文.一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)實(shí)務(wù)（第4版）[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2017.

【作者簡(jiǎn)介】

孟令帥，男，1986年出生，一級(jí)注冊(cè)計(jì)量師，工程師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械天平、電子天平、砝碼、數(shù)字指示秤、水分測(cè)定儀等力學(xué)、化學(xué)計(jì)量。

（編輯：李加鵬）