鄒濛

摘 要：本文依據(jù)國家檢定規(guī)程對電子天平的測量和檢定不確定度加以評定，并介紹了在計量過程之中對電子天平的檢定流程，通過對實際事例的分析，對電子天平檢定過程之中不確定度的由來和種類以及不確定度的擴展和合成進行了評定和論述。

關鍵詞：電子天平；不確定度評定

一、電子天平檢定概述

在煤質(zhì)檢驗過程之中，電子天平是不可缺少的計量檢測儀器，其計量的準確性直接影響煤質(zhì)檢驗的檢測結(jié)果，對于煤炭開發(fā)和企業(yè)的發(fā)展有較大的影響。在檢定過程之中，為了提高電子天平的檢定計量準確性，在檢定開始之前要按計量行業(yè)的檢定規(guī)程對天平進行準確定的測量和校正。因此，在計量過程之中，計量檢定人員要依照國家的計量標準設計合適的檢定方法，并對檢定數(shù)據(jù)進行合理的處理，確定其測定的不確定度，對天平的測量準確性作出合理評估。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和技術(shù)水平的逐漸提高，現(xiàn)代產(chǎn)品計量檢驗的內(nèi)容和方法都在不斷的增加，在目前的計量工作之中，主要的檢驗內(nèi)容可以分為如下的幾個部分：計量單位、計量器具、量值傳遞、檢驗物理常量、檢驗不確定度以及數(shù)據(jù)處理方法。其中，在檢驗之中使用的計量器具主要包括實現(xiàn)計量單位的讀取復現(xiàn)的計量基準器具，便于進行量值的讀取和測定。在計量工作的進行過程之中，對計量工作的準確性造成影響的因素主要包括計量器具的準確性、計量樣品的選取合理性以及檢測數(shù)據(jù)的處理情況，在這些影響因素之中，對檢測結(jié)果影響最大也最直接的就是計量器具的準確性，計量器具在質(zhì)量檢測過程之中起到的作用是延伸和加強人類感官的作用，是認識和檢驗產(chǎn)品的使用質(zhì)量的重要工具。

檢定方法采用直接比較法。首先將標準砝碼放在天平上，當天平的力矩達到平衡狀態(tài)后，讀取天平的平衡位置，該平衡位置即為天平稱量標準砝碼所顯示的質(zhì)量值，通過一系列的比較，檢定天平的重復性誤差、四角誤差和線性誤差。電子天平在檢定過程中的隨機性和系統(tǒng)效應均會導致測量不確定度。它主要來源于標準砝碼的不確定度、電子天平的計量性能和環(huán)境條件等因素。通常使用2種方法評定標準不確定度。A類標準不確定度是以測量值的平均值作為被測量值的估計，以平均值的實驗標準差S（x）作為測量結(jié)果的標準不確定度。B類標準不確定度可以由標準砝碼的檢定證書上提供的不確定度以及國家檢定標準中給出的重復性而確定。

二、不確定度的評定

按照檢定流程，檢定人員需要對電子天平進行預先的檢測和校正，保證其測量的精確性。 按照國際上對非自動衡器的準確度要求，在實際檢測過程之中，我國根據(jù)國際法制計量單位組織的規(guī)定，將衡器的測量精確等級劃分為四類：特種準確等級、高準確度等級、中準確度等級、普通準確度等級，在記錄和文件之中用I級、II級、III級、IV級來表示，實際的準確度要求如下表所示：在衡器的檢驗之中，檢測人員一般將已經(jīng)處于標準位置且已經(jīng)進行過零點調(diào)整的衡器示數(shù)和標準砝碼的真值之間的誤差極限稱作衡器的最大允許誤差，也被稱作衡器的極限誤差，一般在記錄之中通過符號MPE表示。在衡器的測量校正過程之中，其后續(xù)檢定允許存在的最大誤差一般和首次檢定的誤差值相同。通過檢定被認為合格的衡器，在使用過程之中其誤差會逐漸變化，逐漸增大的測量誤差會影響計量檢定過程的精確度，因此，為了檢測的準確，國際法制計量組織要求定期對衡器的精確度進行檢測，并進行校正，使用過程之中衡器的最大允許誤差可以放寬為首次檢定的兩倍。同時依據(jù)國家對天平檢定的規(guī)定，電子天平的計量性能的評定主要可以從重復性誤差、四角誤差和線性誤差等三個方面來進行，下文以AT200型工作用電子天平為例，進行不確定度評定和測量。AT200型工作用電子天平最大稱量為200 g，實際分度值d為011 mg，檢定分度值e為1 mg，重復性誤差vr為012 mg，四角誤差vc為012 mg，線性誤差vl為012 mg。

1、重復性誤差的測量

對于重復性誤差的測量方法是在重復性測量實驗之中，用電子天平的最大載荷或是二分之一最大載荷對天平進行多次的重復性誤差測量，為了實驗的準確性，一般檢測次數(shù)不少于六次。對于重復性誤差的測量屬于A類不確定度，在實際測量后的數(shù)據(jù)計算之中使用極差法來計算器重復性誤差vr：vr=Imax-Imin

式中 Imax---平衡位置的最大值；

Imin---平衡位置的最小值。

例如對天平重復測量9次，其測量值可以估接近正態(tài)分布的前提下，單次測量結(jié)果的實驗標準差s（xi）可以按下式近似評定s（xi）=vr/C=012 /2197=01067 mg=ur式中，C為極差系數(shù)。自由度M=6.8，實驗用表如下：

2、四角誤差的測量

在四角誤差的測定過程之中，實驗所用的標準載荷一般為天平最大稱量值的三分之一，在測定的過程之中，實驗載荷會放置在稱量盤的中心和前后左右四個偏心部位，在實驗測定之中其不確定度一般按照正態(tài)分

布考慮，當置信水準為99.73%時，包含因子k=3：uc= = =0.07mg。

3、線性誤差的測量

線性誤差標準不確定度uL是由線性誤差不確定度uI和加載標準砝碼不確定度uA合成而得。一般情況使用最大加載砝碼的標準不確定度計算uA。用E2等標準砝碼對其進行線形誤差測量時，最大加載砝碼為200 g，從砝碼檢定規(guī)程中可知，該砝碼質(zhì)量允許誤差D為013 mg。

4、檢定測量注意事項

在實驗之中，誤差的出現(xiàn)是不可避免的。由于測定時的失誤，測量儀器的固有誤差以及實驗方法本身的缺陷，實驗之中出現(xiàn)誤差基本是不可避免的。因此，在實際的測量實驗之中，對于實驗誤差的測量，并將誤差在實驗測量結(jié)果之中進行處理，才能保證最終實驗數(shù)據(jù)的正確性。

本實驗需要對實驗之中基本誤差、標準差和變差進行測定?；菊`差主要是在測量過程，實驗測量儀器其本身由于制造等原因，儀器測量精度或是示數(shù)等出現(xiàn)的誤差，主要表示儀器的測量精度。 在測量基本誤差時，實驗人員要滿足下列要求：（1）檢定計計讀時間誤差不超過標準表 準確度等級的 1/10。（2）在每一負載下，至少做兩次測量，取其平均值做為測量結(jié)果。如算得的相對誤差等于該表基本誤差限的80% ～120%，應再做兩次測量，取這兩次和前幾次測量的平均值做為測量結(jié)果。

標準差的測定主要是對于實驗本身測量數(shù)據(jù)的分析，其主要表示實驗數(shù)據(jù)偏離算數(shù)平均值的離散程度，主要是對實驗數(shù)據(jù)的準確性進行分析。在計算時，實驗人員要在額定載荷下，做不少于5次的相對誤差測量，然后按下式計算標 準偏差估計值S（%）。標準偏差的大小可以估計數(shù)據(jù)偏離平均值的離散程度，進而分析出數(shù)據(jù)測量的 不精確度，對實驗的結(jié)果進行精確化的補正。

儀器隨著實驗時間的變化，。其本身會由于結(jié)構(gòu)磨損等原因而出現(xiàn)偏差，變差又叫回差，主要是指儀器在實驗過程之中產(chǎn)生的計量偏差。實驗之中應該將變差計入誤差計算的過程之中，以保證測量的準確度。實驗只在首次檢定時做24h變差測量。測定基本誤差之后，將被檢表在室溫下放 置 24h。然后置于標準條件下，待溫度平衡后， 再次測定在額定荷載下的基本誤差（%）。測量結(jié)果不得超過該表基本誤差限。

參考文獻；

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司.測量不確定度評定與表示指南[M]北京：中國計量出版社， 2000

[2]劉立譯。量化分析測量不確定度指南[M]北京：中國計量出版社， 2003