浅析电子天平的示值误差

权辉

【关键词】电子天平;示值误差;计量

电子天平定期检测是质量量值传递的重要环节，对实验结果等有非常重要的意义。检测人员应注意天平检定过程中的每一個细节，排除环境、仪器自身及人为的因素，才能正确评价天平的计量性能。

电子天平因其体积小、操作简单、功能多、称量速度快、精度高及操作方便，在日常生活中应用相当广泛。由于电子天平容易受到温度、湿度及振动等环境因素的影响，可能会使天平的设计参数产生误差，因此必须定期检测其计量性能以确保数据的准确性、可靠性。目前，检定的主要技术依据为国家计量检定规程JJGl036-2008电子天平检定规程，但在实际工作中不同的检定人员对规程的理解和操作均有差异，导致出现不同的检测结果，因此还要加强电子天平的检定检测水平，才能保证量值传递的准确和可靠性。

一、天平等级的确定

新规程按照检定分度值e与检定分度数n的关系，即e=Max/n，将天平划分为了特种准确度级、高准确度级、中准确度级以及普通准确度级。取代了JJG98-1990《非自动天平》检定规程中以是否直接用于传递砝码质量量值划分的标准天平和工作用天平。在电子天平检定规程中，天平准确度级别的划分决定着检定环境条件的控制以及计量性能的判定，因此尤为重要。

但我们在日常的电子天平检定工作中常常会遇到以下一些情况：标牌中没有给出准确度等级，只给出实际分度值和检定分度值及最大称量;没有给出天平检定分度值和准确度等级，只给出最大称量和实际分度值;或经检定不符合其标牌所示的准确度等级。那么如何确定其准确度等级呢？

检定电子天平时确定其检定分度值e是非常关键的一步，JJGl036-2008《电子天平》检定规程中对检定分度值的定义为：用于划分天平级别与进行计量检定的，以质量单位表示的值。检定分度值e是用来评定电子天平准确度等级及最大允许误差的依据。笔者通过对规程的理解，理论联系实际，并经过多次实践，得出了解决电子天平定级的一个简便方法：具有单一量程范围的电子天平，在检定分度值的选定遵循1×10k或2×10k或5×10k，其中k为正整数、负整数或零的前提下，若其相对应的最大示值误差均满足不大于±0.5d、±1.0d、±1.5d时，则可确定检定分度值e等于实际分度值d;以此类推，若相应称量的最大示值误差均满足不大于±1.0d、±2.0d、±3.0d时，则可确定e=2d。根据检定分度值和最大秤量，我们可以确定该电子天平的检定分度数，然后对照《电子天平》检定规程中的相应要求，就可以确定其准确度等级。具有多个称量范围的电子天平，当各称量范围满足不同准确度级别的要求时，则应严格按照要求定级，并在检定结论中标示出其不同量程的称量范围及相应的准确度等级。在电子天平检定过程中还常常会出现标注准确度等级与实际准确度不相符的情况。因此我们在检定中应该以天平标牌中所标注的检定分度值及准确度等级为参考，严格按照《电子天平》检定规程的要求对天平进行定级。

二、示值误差中“空载”试验点的确定

电子天平示值误差的检定，必须包括“空载”点，一直以来，大家都认为该点的检定即为“0”点。但是根据规程要求，示值误差的测试时，载荷应从零载荷开始，逐渐地往上加载，直至加到天平的最大秤量。再从规程中给出的电子天平检定记录格式中，对于示值误差的检定，笔者发现，如果检定只是简单的从“0”点开始检定，就会出现与记录中偏载误差的检定方法相矛盾的地方，无法形成一个递加的检定方式。因此，笔者通过查阅资料及向权威专家请教，证实：该点的取值应该是零点及零点附近误差（即与e有关），并非是“0”点。

三、电子天平示值误差测量结果不确定度评定实例

以JJGl036-2008《电子天平检定规程》为依据，用E2等级标准砝码直接测量一台最大称量为200g，实际分度值d=0.1mg的电子天平为例。测量环境条件均符合规程要求。

1.数学模型式中：△m-电子天平示值误差;P-电子天平示值;m-标准砝码值

2.各输入量的标准不确定度分量的评定

（1）输入量m的标准不确定度u（m）的评定。

输入量m的标准不确定度u（m）采用B类方法评定。根据JJG99-2006《砝码检定规程》中规定E2等级200g～1mg砝码的扩展不确定度u=（0.10～0.002）mg，包含因子k=2。

由于不同称量点对应于不同量程的标准砝码，则标准砝码的标准不确定度也不同。我们以200g点为例，根据规程可得E2等级200g的扩展不确定度130.3mg，则标准不确定度。

（2）输入量P的标准不确定度u（P）的评定。

输入量P的标准不确定度u（P）主要来源于天平的测量重复性和天平的分辨力。

①测量重复性引起的标准不确定度u（P1）的评定。

用200g砝码在重复性条件下对电子天平进行连续10次测量，得到测量列（g）。

②天平分辨力引起的标准不确定度u（P2）的评定。

③输入量P的标准不确定度u（P）的计算。

已知P1和P2互相独立，则：

3.合成标准不确定度及扩展不确定度的评定

（1）灵敏系数。

数学模型：△m=P-m

灵敏系数：

（2）各不确定度分量汇总及计算表。

（3）合成标准不确定度的计算。

（4）合成标准不确定度的有效自由度veff。

（5）扩展不确定度的评定。

取置信概率p=95%，按有效自由度veff=∞，查t分布表得kp=t95（∞）=1.960，则扩展不确定度为：

U95=t95（∞）·uc（△m）=1.960×0.11mg=0.2mg

（6）测量不确定度报告。

电子天平在最大称量200g时示值误差测量结果的扩展不确定度为：

U95 0.2mgveff=∞

凡符合上述条件的测量结果，一般可参照使用本不确定度的评定方法。本测量不确定度结果，对日常检定工作具有积极地指导意义。