孫艷國

中國石油遼河油田分公司質(zhì)量節(jié)能管理部 （遼寧 盤錦 124010）

在砝碼量值傳遞中，衡量?jī)x器作為主要配套設(shè)備使用，JJG 2053-2006《質(zhì)量計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖》對(duì)衡量?jī)x器的要求只是泛泛地給出“在相應(yīng)精度的標(biāo)準(zhǔn)天平上用直接比較法或組合比較法比較”[1]。已廢止的JJG 99-90《砝碼試行檢定規(guī)程》中，對(duì)衡量?jī)x器的要求也不是很嚴(yán)格，但隨著JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程的發(fā)布實(shí)施，新規(guī)程對(duì)砝碼檢定時(shí)的各項(xiàng)要求與OIML國際建議R111保持一致，在國際建議R111中，要求質(zhì)量傳遞過程中的衡量?jī)x器要已知分辨力、靈敏度、重復(fù)性、偏載等計(jì)量特性，并滿足不確定度的要求。根據(jù)我國國情，JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程在計(jì)量器具控制中對(duì)衡量?jī)x器的選擇提出了具體要求：衡量?jī)x器的計(jì)量特性在進(jìn)行測(cè)量之前要已知。如果被檢砝碼進(jìn)行空氣浮力修正，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（即重復(fù)性、靈敏度、分辨力、偏載等的合成）應(yīng)不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對(duì)值的六分之一；如果被檢砝碼不進(jìn)行空氣浮力修正，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對(duì)值的九分之一。

質(zhì)量量值傳遞工作是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是保證后續(xù)工作的前提，各級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)承擔(dān)著保障國家計(jì)量單位的統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的重任，在砝碼量值傳遞過程中選擇符合檢定規(guī)程要求的衡量?jī)x器尤為重要。

1 衡量?jī)x器選擇實(shí)例

以檢定F2等級(jí)100g砝碼為例，根據(jù)JJG 99-2006《砝碼》的規(guī)定，F(xiàn)2等級(jí)砝碼無需進(jìn)行空氣浮力修正[2]。該100g砝碼的最大允許誤差絕對(duì)值1.6mg，其九分之一值為0.17mg，即選擇的衡量?jī)x器的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度應(yīng)不大于0.17mg。根據(jù)多次試驗(yàn)表明，在衡量?jī)x器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量中，占比重最大的是測(cè)量重復(fù)性所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量[3]，因此在選擇衡量?jī)x器時(shí)，大致可以確定應(yīng)選擇重復(fù)性不大于0.17mg的衡量?jī)x器。關(guān)于所選衡量?jī)x器的各項(xiàng)性能指標(biāo)可從該儀器技術(shù)說明書、廠家提供的產(chǎn)品宣傳樣本以及相關(guān)的現(xiàn)行計(jì)量檢定規(guī)程中獲取。

目前常用機(jī)械天平或電子天平作為衡量?jī)x器來開展砝碼檢定工作，下面分別分析這兩種天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，以確定是否符合開展檢定工作的要求。

1.1 采用機(jī)械天平作為衡量?jī)x器時(shí)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

實(shí)驗(yàn)中所采用的機(jī)械天平的技術(shù)參數(shù)為:最大秤量200g;實(shí)際標(biāo)尺分度值d=0.1mg；檢定標(biāo)尺分度值e=0.1mg。

1.1.1 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA

機(jī)械天平的測(cè)量重復(fù)性一般用級(jí)差法來表達(dá)，JJG 98-2006《機(jī)械天平》檢定規(guī)程中的示值重復(fù)性要求是不大于1分度[4]，實(shí)驗(yàn)中采用的機(jī)械天平的分度值為0.1mg，即經(jīng)檢定合格的同種機(jī)械天平的示值重復(fù)性都不會(huì)超過0.1mg，由于機(jī)械天平示值重復(fù)性是采用極差法計(jì)算得到的，由JJF 1057.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中查得C=2.53[5]，且由于F2等級(jí)砝碼測(cè)量循環(huán)次數(shù)可為1次，故

式中：R為極差,mg；C為極差系數(shù)。

1.1.2 由天平靈敏度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量us

用E2等級(jí)折算質(zhì)量值為10.003mg的砝碼測(cè)量天平分度值，測(cè)得天平指針走過的分度數(shù)為103個(gè)分度，并使用該砝碼連續(xù)測(cè)量10次，測(cè)量結(jié)果xi分別為：10.32、10.32、10.34、10.30、10.32、10.34、10.30、10.32、10.32、10.32mg。根據(jù) JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程附錄C.4.2所給公式計(jì)算：

1.1.3由顯示分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ud

機(jī)械天平屬于模擬式衡量?jī)x器，對(duì)于實(shí)際標(biāo)尺分度值d等于檢定標(biāo)尺分度值e的模擬式衡量?jī)x器，由分辨力引起的不確定度分量是：

1.1.4 由偏載引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uE

在大部分情況下，標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uE通常被測(cè)量過程的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA所覆蓋，因而由偏載引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uE可以忽略。

1.1.5 機(jī)械天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uba

由于F2等級(jí)100g砝碼的最大允許誤差絕對(duì)值的九分之一值為0.17mg，該機(jī)械天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.044mg，符合 JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程中對(duì)衡量?jī)x器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對(duì)值的九分之一的要求，所以該機(jī)械天平適用于開展100gF2等級(jí)砝碼的檢定。

1.2 采用電子天平作為衡量?jī)x器時(shí)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

實(shí)驗(yàn)中所采用的電子天平的技術(shù)參數(shù)為:最大秤量220g;實(shí)際分度值d=0.1mg;檢定分度值e=10d;重復(fù)性≤0.1mg。

1.2.1 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA

1.2.2 由天平靈敏度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量us

對(duì)于檢定合格的電子天平，其技術(shù)參數(shù)符合JJG 1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程中最大允許誤差的要求，因此可以忽略必須通過實(shí)際測(cè)量才能得到的靈敏度分量，故由天平靈敏度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量us忽略不計(jì)。

1.2.3 由顯示分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量ud

由于電子天平屬于數(shù)字式衡量?jī)x器，實(shí)驗(yàn)中所采用的電子天平的實(shí)際分度值d=0.1mg,由分辨力引起的不確定度分量是：

1.2.4 由偏載引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uE

JJG 1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程中對(duì)于偏載誤差的規(guī)定是：同一載荷下不同位置的示值誤差，均勻符合相應(yīng)載荷最大允許誤差的要求[6]。根據(jù)JJG 1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程中最大允許誤差計(jì)算表，可以計(jì)算出相應(yīng)的測(cè)量偏載誤差所加載荷點(diǎn)處的最大允許誤差。則由偏載引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uE：

式中：d1為估計(jì)的秤盤中心到砝碼中心的距離,mg；d2為秤盤中心到一個(gè)角的距離,mg；D為對(duì)天平進(jìn)行偏載測(cè)量時(shí)最大值和最小值之間的差,mg。

1.2.5電子天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uba

由于F2等級(jí)100g砝碼的最大允許誤差絕對(duì)值的九分之一值為0.17mg，該電子天平的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 0.144mg，符合 JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程中對(duì)衡量?jī)x器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對(duì)值的九分之一的要求，所以該電子天平適用于開展100gF2等級(jí)砝碼的檢定。

2 結(jié)束語

目前檢定機(jī)構(gòu)常用機(jī)械天平或電子天平作為質(zhì)量量值傳遞過程中的衡量?jī)x器，分別對(duì)這兩種天平的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行了分析，并最終得到所選用的天平是否符合JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程對(duì)衡量?jī)x器的要求。由于砝碼在量值傳遞過程中多以砝碼組的形式出現(xiàn)，如克組砝碼、毫克組砝碼等，實(shí)例中只針對(duì)單個(gè)砝碼進(jìn)行了分析，砝碼組其他砝碼選擇衡量?jī)x器時(shí)，可參照上述方法，根據(jù)各單位的實(shí)際情況，進(jìn)行分析后，選擇適合質(zhì)量傳遞的衡量?jī)x器。

[1]JJG 2053-2006質(zhì)量計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖[S].

[2]JJG 99-2006砝碼[S].

[3]姚弘.砝碼[M].北京:中國計(jì)量出版社,2007.

[4]JJG 98-2006機(jī)械天平[S].

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

[6]JJG 1036-2008電子天平[S].