电子天平示值误差的测量不确定度评定

电子天平示值误差的测量不确定度评定

钟荃

桂林市计量测试研究所，广西桂林，541004

摘要：电子天平是利用电磁力原理进行有效计量的称重工具，被应用于多个领域。为保证电子天平的准确、可靠，应注重电子天平的使用和维护，同时必须有效控制电子天平的示值误差，合理评定电子天平示值误差检定结果的不确定度。检定分度值是确定电子天平等级的关键，也是开展检定工作的基础。在电子天平的检定过程中，首先应当选择符合检定规程要求的标准砝码，即配备一组扩展不确定度（k=2）不得大于被检电子天平对应载荷下最大允许误差绝对值1/3的标准砝码，不同载荷点最大允许误差不同，影响检定结果的因素不同。

关键词：电子天平；示值误差；不确定度评定

引言

和传统的称重设备相比，电子天平的精准度更高、显示速度更快、反馈更直接，因此得到广泛应用，逐渐成为当前各项经营生产业务中的主要称重设备。但同时，电子天平更易受外界因素影响，发生计算偏差问题的概率也比一般称重设备大。为了避免这些偏差现象的发生，应当对电子天平的计量检定工作给予充分的重视，最大限度减少电子天平在使用中的检定问题发生概率，才能保证检定工作的平稳推进。

1电子天平的检定项目

电子天平检定内容一般包括：（1）偏载误差，（2）重复性误差，（3）示值误差。影响电子天平检定结果的因素很多。在检定工作过程中，外部影响因素是客观存在的，充分认识和重视这些因素，才可能消除对检定结果的影响。有时初次检定结果不合格，需对检定流程及环境影响因素进行分析，消除相关影响因素后重新检定，就会得到合格的检定结果，即电子天平本身不存在问题，而是外部因素导致检定结果不合格。因此，在电子天平检定工作中，依据现行检定规程对电子天平检定的同时，应控制环境条件等因素对检定结果的影响，合理评定检定结果的不确定度，才能保证电子天平充分称量优势。

2电子天平检定的主要问题

（1）人为问题。计量检定人员个人的能力、操作方式、工作状态也会对电子天平最终检定结果准确性带来影响。人为问题体现在两方面，其一是操作方法的不当。在检定过程中，由于计量检定人员对电子天平检定方法理解不够，未做好检定前的准备，检定中操作方法不当以及取值的不同，都会造成误差的出现，从而影响电子天平计量检定的结果，出现检定结果失准等现象。其二是计量检定人员的个人状态。在长期的工作过程中，计量检定人员容易发生视觉疲劳，进而影响到读数问题，造成数值误差，且重复性的工作还会影响到计量检定人员的工作情绪，让计量检定人员出现厌倦、反感的心理状态，导致在电子计量检定时出现专注度下降、注意力不集中一类的问题，最终产生误差，因此在计量检定时，计量检定人员需要调整自己的情绪状态，学会集中个人精力，防止误差的发生。（2）环境问题。环境是较常引发电子天平称重偏差的因素之一，如环境温度不稳定会导致电子天平在称重期间发生数值偏差。温度变化会带来热胀冷缩，这会使电子天平内部各精密部件之间间隙发生改变，这些改变会被灵敏的天平记录下来，进而影响读数的准确性。除温度因素外，另一个比较常见的影响因素是灰尘，灰尘会借助缝隙、进气口等飘入到电子天平内部，如果不加清理，灰尘会在天平内部结团，影响电子天平的运作。

3规程与规范两种校准方法的区别

依据JJG1036-2008方法开展电子天平的校准工作时，要求标准砝码的扩展不确定度不得大于电子天平在该载荷下最大允许误差绝对值的1/3。JJF1847-2020则要求标准砝码经校准且具有包含不确定度的校准证书，或者经检定合格且具有检定证书。在校准过程中标准砝码的选择，也主要是根据最大秤量Max与实际分度值d的比值确定。关于校准项目，规程与规范两者方法略有不同，下面一一进行分析：（1）示值误差。在进行示值误差测试时，规程与规范要求从零载荷加至最大秤量，选择的试验载荷点应等间距，均包括零点、最大秤量点或接近最大秤量点。但是，规程还要求包括最小秤量、接近最大允许误差改变点试验载荷点。特别应注意的是，规程在加载过程，不能使电子天平处于空载状态。规范则提出测量过程中的每一步可卸载载荷，每次加载前秤盘应清零，或者也可以不卸载载荷。（2）重复性。依据JJG1036-2008进行重复性试验时，通常选用不小于80%Max的试验载荷，而JJF1847-2020则要求试验载荷在接近50%Max到接近100%Max之间选取即可。（3）同载荷在不同位置的示值误差。在评定电子天平测量结果的不确定度时，依据JJG1036-2008方法校准，并没有进行此项试验。而JJF1847-2020要求将同载荷在不同位置的示值误差引入的不确定度分量考虑进来，通过不同位置的示值与中间位置示值的最大差值来表示示值误差。

4电子天平检定注意事项

4.1电子天平检定前的准备

检定前应做如下准备：（1）调整水平。电子天平使用前应调整水平，检定过程中因摆放位置不平而产生较大测量误差，等级越高影响越大。（2）预热。接通电源，预热至规定时间后再开始检定。（3）校准。因电子天平存放时间较长、位置移动、环境变化，为获得精确测量，天平检定前一般先使用自带标准砝码校准。（4）环境条件的监控。应配备分度值不大于0.2℃的温度计，最大允许误差低于相对湿度5%的湿度计。（5）标准砝码的选择。确定被检电子天平的产品名称、型号、准确度等级、最大称量、最小称量、实际分度值等信息后选择对应等级标准砝码。

4.2规范检定方法

电子天平会因为砝码放置的位置不同，而产生偏载误差，所以需要进行偏载误差检定。偏载误差检定的试验载荷选择1/3最大称量的砝码，优选个数少的砝码（如果是多个砝码，放置时应均匀分布在测量区域内），按照前、后、左、右的顺序依次将砝码放到对应的测量区域内检测，记录每个位置的示值，计算示值误差，载荷在不同位置的示值误差须满足相应载荷最大允许误差的要求。重复性检定是为了保证测量结果的一致性，试验载荷选取80%-100%最大称量的单个砝码，将试验载荷在同一位置多次测量（测量次数不少6次），根据测量结果来计算差值（示值误差的最大值减最小值），差值不得大于该载荷下最大允许误差的绝对值，才能证明电子天平具有足够的稳定性，可以投入使用。示值误差检定以空载为起始点，逐渐加载至最大的称量，达到最大量程后逐渐卸载，直到秤盘归零，试验载荷必须包含空载、最小称量、最大允许误差转换点所对应的载荷、最大称量这几个载荷点，对于首次检定的天平，测量点数不得少于10点，对于后续检定或使用中检验的天平，测量点数可适当减少，但不少于6点。在加载和卸载中，检定人员要将所有载荷点的示值记录，然后进行计算示值误差，各载荷点的示值误差不得超过相应载荷的最大允许误差。

结语

电子天平属于民生计量的重要组成部分，提高检定人员技术水平，确保电子天平计量性能的稳定，量值准确可靠，有利于实验室管理水平和内部质量控制能力的提高，关系产品质量，决定科研技术水平，保障生产生活秩序。

参考文献

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