淺析天平砝碼的檢定與校準

摘要： 正確使用電子天平的關(guān)鍵是要在使用前檢定與校準電子天平。本文依據(jù)JJG1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程著重從電子天平的原理和性能要求來分析電子天平的檢定與校準。

隨著實驗室對電子天平應(yīng)用越來越普遍，其測量的準確性、可靠性也就愈為重要。在檢定（測試）中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，對天平進行首次計量測試時誤差較大，究其原因是，有相當一部分儀器在較長的時間間隔內(nèi)未進行校準，這時候用戶剛好使用，則會認為天平顯示零位便可直接稱量。需要指出的是，電子天平開機顯示零點，不能說明天平稱量的數(shù)據(jù)準確符合測試標準，只能說明天平零位穩(wěn)定性合格 [1] 。因此，對電子天平進行有效的檢定與校準，是確保測量質(zhì)量值準確并且實現(xiàn)順利傳遞的保證。

2 電子天平計量性能的要求
2.1 標準器的選擇
對電子天平進行檢定時，應(yīng)配備一組標準砝碼，其擴展不確定并（ ＝2）不得大于被檢電子天平在該載荷下最大允許誤差絕對值的1/3。該標準砝碼的磁性不得超過相應(yīng)要求，砝碼的磁性化率應(yīng)該小于0.001。

2.2 根據(jù)天平自身的特性確定級別
個人認為計量人員就不能有千分之一、萬分之一、十萬分之一天平之說，按標準應(yīng)該叫Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ天平。由于不同的生產(chǎn)廠家，各種品牌，型號，在天平出廠時對其最小稱重的數(shù)量值給予不同的規(guī)定，也就對電子天平的檢定分度進行了不同的規(guī)定，因此，在對電子天平進行檢定時，應(yīng)當首先根據(jù)出廠規(guī)定對其準確度等級進行確定。比如有的電子天平明確了實際標尺分度值 ，而未標明它的檢定分度值e,這對于使用者來說會誤以為 = ，認為電子天平能分辨出最小的值就是它本身能夠稱量的準確數(shù)值。而對于計量檢定人員來講，廠家說明書中沒有明確 是多少時，確定電子天平的標尺分度值 非常關(guān)鍵，因為 是用來評定其準確度級別以及最大允許誤差的依據(jù)：檢定中若各項參數(shù)指標的最大示值誤差均不大于1 ，我們確定 = ；如果各項參數(shù)指標最大示值誤差均小于10 ，我們確定 =10 ，有時還需根據(jù)具體情況而定，比如當 :0.2mg時， =5 ；:0.5mg時， =2 。在對檢定標尺分度值的劃分上淺析電子天平的檢定與校準應(yīng)該按照以下形式：1×10 或2×10 或5×10 ，為正整數(shù)、負整數(shù)或零。我們把除了 = 以外的情況都歸為≠ ,其中以 =10 見 [2] 。經(jīng)過多次使用的儀器，在使用的過程中難免會出現(xiàn)偏移，而且這個誤差會隨著使用時間的增加而逐漸變化，因此，國際法制計量組織對使用期限內(nèi)的儀器所允許的最大誤差值做了規(guī)定，將其調(diào)整為初次檢定的最大誤差值的2倍。

3 電子天平的檢定與校準
根據(jù)我國現(xiàn)行的國家檢定規(guī)程《JJG 1036-2008電子天平》中電子天平檢定項目主要有：外觀、
偏載誤差、重復(fù)性和示值誤差，這些誤差都有對應(yīng)的誤差允許范圍。
3.1 外觀檢查
電子天平是對物質(zhì)的質(zhì)量進行分析及精密測量的質(zhì)量儀器。檢定前首先對電子天平進行目測檢查，其中包括：計量特征、標記、天平的使用條件的地點是否合適等。依據(jù)國家檢定規(guī)程，電子天平?jīng)]有標注檢定分度值 ，外觀檢定步就不合格。電子天平的工作臺應(yīng)當平穩(wěn)和牢固，具有十分的剛度，同時具有一定的防震功效。電子天平存放的室內(nèi)環(huán)境對于電子天平檢定結(jié)果的準確度有著重大的影響。送檢的電子天平，應(yīng)當在指定的室內(nèi)檢定環(huán)境中平穩(wěn)存放至24h以上，使電子天平內(nèi)的機械結(jié)構(gòu)趨于平穩(wěn)，同時使電子天平的整機與檢定的室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度相平衡，再進行檢定或校準工作。

3.2 偏載誤差
偏載誤差就是在偏載測試時載荷在不同位置的示值誤差。檢定中分別對加載和空載的平衡位置進行計數(shù)并記錄，每加一次載荷均應(yīng)該反零一次，對同一載荷多次衡量結(jié)果之間的差值，不得超過電子天平在該載荷時的最大允許誤差的絕對值。各載荷點的示值誤差不得超過天平在次載荷時的最大允許誤差，這樣才算合格。載荷在不同位置的示值誤差須滿足相應(yīng)載荷最大允許誤差的要求。檢定時分別把標準砝碼放在四角，離中心1/2處，然后再放正中間，測量5個不同位置的示值，然后根據(jù)記錄把最大誤差的絕對值減去最小誤差的絕對值，得出的結(jié)果偏載誤差小于 按檢定規(guī)程應(yīng)該取偏載誤差各點中的最大值作為最后的偏載誤差。檢定規(guī)程中按秤盤的表面積，將秤盤劃分為四個區(qū)域，電子天平偏載誤差檢定位置示意圖 [3] 見圖1。圖1 電子天平偏載誤差檢定位置示意圖
3.3 重復(fù)性
重復(fù)性誤差是指在相同的工作條件下，對同一個輸入值在短時間內(nèi)多次連續(xù)測量輸出所獲得的極限值之間的代數(shù)差。電子天平重復(fù)性檢定應(yīng)該在空載和加載狀態(tài)下進行。電子天平是極精密的儀器，對于氣流，靜電、桌面震動、放歪、甚空氣浮力等影響都要考慮在內(nèi)，否則度，重復(fù)性會很差。對電子天平檢定時，需要測試環(huán)境相對穩(wěn)定，屏蔽外界干擾 [4] 。電子天平的重復(fù)性等于 - ，式中， 為加載天平示值誤差的最大值， 為加載時天平示值誤差的最小值， - ≤︱ ︱，重復(fù)性誤差的計算結(jié)果是誤差的最大值-最小值的絕對值，沒有正負。在電子天平重復(fù)性檢定中，重復(fù)性誤差的計算結(jié)果是稱量結(jié)果中的最大-最小或是稱量誤差的最大-最小 [3] 。例如：最大稱量100g =0.1mg = 1mg
6次重復(fù)測量示值為： =100.0000g
示值 誤差
99.9994 -0.6
99.9995 -0.5
99.9994 -0.6
99.9993 -0.7
99.9995 -0.5
99.9995 -0.5
重復(fù)性誤差為99.9995-99.9993=0.2mg或-0.7-（-0.5）=0.2mg即0.2
3.4 示值誤差
電子天平載荷點的最大允許誤差包含電子天平“線性誤差”的影響，也包含電子天平內(nèi)校砝碼，重復(fù)性及四角誤差等多方因素的影響。示值誤差是相對真值而言的，由于真值不能確定，實際上使用的是約定真值或?qū)嶋H值。為確定測量儀器的示值誤差，當接受高等級的測量標準對其進行檢定或校準時，應(yīng)該測量標準器復(fù)現(xiàn)的量值即為約定真值，通常稱為實際值、校準值或標準值。檢定方法：用標準砝碼采用直接測量法，檢定電子天平各技術(shù)參數(shù)的示值，可得電子天平示值與標準砝碼值之差，即為電子天平的示值誤差。各載點的示值誤差不得超過該天平在該載荷時的最大允許誤差。無論加載或卸載，應(yīng)保證有足夠的測量點數(shù)，對于首次檢定的天平，測量點數(shù)不得少于10點，對于后續(xù)檢定或者使用中檢定的電子天平，測量點數(shù)可以適當減少，但不得少于6點。計量檢定人員，對電子天平進行檢定時，如果電子天平各載荷點的最大允許誤差超差，就完全可以判定該電子天平不合格。
3.5 電子天平校準
校準衡量一臺電子天平合格與否需綜合考慮其它技術(shù)指標的符合性。首先開機預(yù)熱，然后按照說明書的操作程序?qū)﹄娮犹炱竭M行校準，校準完畢，儀器顯示零位。對電子天平的校準工作，必須要以國家的檢定規(guī)程作為參考，同時根據(jù)電子天平所具備的性能進行綜合性的評價。為了使電子天平能夠?qū)崿F(xiàn)更高級別的度，在進行校準時，要參照生產(chǎn)廠家的說明書，以此作為依據(jù)對電子天平進行校準。
電子天平的主要功能就在于能夠把被測量的物體質(zhì)量進行轉(zhuǎn)換，使其稱重結(jié)果能夠以一種與質(zhì)量成正比的電子信號進行輸出，并且以數(shù)字作為顯示的形式，更加直觀和簡便。電子天平具備較多的特點，其中以功能齊全、測量速度快而且操作簡單等特點成為了被廣大使用者所接受和認可的依據(jù)。有一部分電子天平具有自動檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對被檢測的物品實際質(zhì)量與其輸出數(shù)字進行對比的功能，同時具備超載保護措施。電子天平的校準分為內(nèi)校與外校兩種，校準時常按CAL鍵，顯示多少克，就放多少克砝碼，如果是自動內(nèi)校的電子天平按住CAL鍵就不會顯示100g，電子天平直接校準，不用砝碼。如果在校準中出現(xiàn)錯誤，電子天平顯示器將顯示“Err”，顯示時間很短，應(yīng)該重新清零，重新進行校準。下面以上海生產(chǎn)的勤酬BT系列電子天平為例說明如何對電子天平進行外校準。校準方法如下：電子天平開機自檢時，輕按CAL鍵當顯示器出現(xiàn)CAL時，即松手，顯示器就會出現(xiàn)CAL—100其中“100”為閃爍碼，表示校準砝碼需用100g的標準砝碼進行校準。此時就把準備好“100g”校準砝碼放上稱盤上，顯示器即出現(xiàn)“···· ”等待狀態(tài)，經(jīng)過較長時間后天平顯示器出現(xiàn)100.000g，這時卸走校準砝碼，顯示器應(yīng)該出現(xiàn)0.000g，若顯示器出現(xiàn)不是為零，清零，再重復(fù)以上校準操作。在校準時，為得到更準確的校準結(jié)果，一般重復(fù)以上校準操作步驟兩次。日常工作中電子天平移動位置，天氣差變化等都應(yīng)該積極的進行自校或定期外校，保證其處于狀態(tài)。

4 檢定與校準結(jié)果的處理

電子天平檢定或校準完成后，應(yīng)根據(jù)實際檢定、校準結(jié)果出具檢定證書、校準證書或檢定結(jié)果通知書。筆者認為出具證書或報告是一項非常嚴肅而且應(yīng)負法律責(zé)任的事情，首先格式要規(guī)范，檢測數(shù)據(jù)要真實。應(yīng)該按照我國現(xiàn)行JJG1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程中的要求，檢定合格的電子天平發(fā)給檢定證書（見附錄B電子天平檢定證書內(nèi)頁格式），校準發(fā)校準證書，檢定不合格的電子天平發(fā)給檢定結(jié)果通知書（見附錄C電子天平檢定結(jié)果通知書內(nèi)頁格式），并注明不合格項目。電子天平的檢定或校準周期一般不超過1年。

5 結(jié)束語
電子天平屬于精密計量器具，對工作場合的溫度濕度，防塵、防震、防腐蝕、抗干擾等環(huán)境條件有特殊的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，電子天平在質(zhì)量計量中得到廣泛應(yīng)用，其具有自動校準，自動去皮，自動數(shù)據(jù)輸出等優(yōu)點，電子天平基本使用智能化鍵盤操作，檢定人員必須仔細閱讀生產(chǎn)廠家說明書的性能參數(shù)，并對其工作原理加以了解，再進行檢定（校準）。電子天平作為一種重的計量器具也必然會在各個領(lǐng)域得到更加廣闊的發(fā)展 [5] 。電子天平是質(zhì)量量值進行測量的途徑和工具，確保其計量性能符合使用要求時期所應(yīng)當有的基本功能。本人根據(jù)日常工作檢定與校準經(jīng)驗，對其進行了簡單的分析，希望本文能夠?qū)ν杏嬃繖z定人員日常檢定工作帶來啟示。