砝碼檢定中衡量儀器選擇實例

孫艷國

中國石油遼河油田分公司質量節能管理部 （遼寧 盤錦 124010）

在砝碼量值傳遞中，衡量儀器作為主要配套設備使用，JJG 2053-2006《質量計量器具檢定系統框圖》對衡量儀器的要求只是泛泛地給出“在相應精度的標準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《砝碼試行檢定規程》中，對衡量儀器的要求也不是很嚴格，但隨著JJG 99-2006《砝碼》檢定規程的發布實施，新規程對砝碼檢定時的各項要求與OIML國際建議R111保持一致，在國際建議R111中，要求質量傳遞過程中的衡量儀器要已知分辨力、靈敏度、重復性、偏載等計量特性，并滿足不確定度的要求。根據我國國情，JJG 99-2006《砝碼》檢定規程在計量器具控制中對衡量儀器的選擇提出了具體要求：衡量儀器的計量特性在進行測量之前要已知。如果被檢砝碼進行空氣浮力修正，則其合成標準不確定度（即重復性、靈敏度、分辨力、偏載等的合成）應不得超過被檢砝碼質量最大允許誤差絕對值的六分之一；如果被檢砝碼不進行空氣浮力修正，則合成標準不確定度不得超過被檢砝碼質量最大允許誤差絕對值的九分之一。

質量量值傳遞工作是一項基礎性工作，是保證后續工作的前提，各級計量檢定機構承擔著保障國家計量單位的統一和量值準確可靠的重任，在砝碼量值傳遞過程中選擇符合檢定規程要求的衡量儀器尤為重要。

1 衡量儀器選擇實例

以檢定F2等級100g砝碼為例，根據JJG 99-2006《砝碼》的規定，F2等級砝碼無需進行空氣浮力修正[2]。該100g砝碼的最大允許誤差絕對值1.6mg，其九分之一值為0.17mg，即選擇的衡量儀器的合成標準不確定度應不大于0.17mg。根據多次試驗表明，在衡量儀器合成標準不確定度的各標準不確定度分量中，占比重最大的是測量重復性所引入的標準不確定度分量[3]，因此在選擇衡量儀器時，大致可以確定應選擇重復性不大于0.17mg的衡量儀器。關于所選衡量儀器的各項性能指標可從該儀器技術說明書、廠家提供的產品宣傳樣本以及相關的現行計量檢定規程中獲取。

目前常用機械天平或電子天平作為衡量儀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準不確定度，以確定是否符合開展檢定工作的要求。

1.1 采用機械天平作為衡量儀器時合成標準不確定度的評定

實驗中所采用的機械天平的技術參數為:最大秤量200g;實際標尺分度值d=0.1mg；檢定標尺分度值e=0.1mg。

1.1.1 測量重復性引入的標準不確定度分量uA

機械天平的測量重復性一般用級差法來表達，JJG 98-2006《機械天平》檢定規程中的示值重復性要求是不大于1分度[4]，實驗中采用的機械天平的分度值為0.1mg，即經檢定合格的同種機械天平的示值重復性都不會超過0.1mg，由于機械天平示值重復性是采用極差法計算得到的，由JJF 1057.1-2012《測量不確定度評定與表示》中查得C=2.53[5]，且由于F2等級砝碼測量循環次數可為1次，故

式中：R為極差,mg；C為極差系數。

1.1.2 由天平靈敏度引起的標準不確定度分量us

用E2等級折算質量值為10.003mg的砝碼測量天平分度值，測得天平指針走過的分度數為103個分度，并使用該砝碼連續測量10次，測量結果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 JJG 99-2006《砝碼》檢定規程附錄C.4.2所給公式計算：

1.1.3由顯示分辨力引起的標準不確定度分量ud

機械天平屬于模擬式衡量儀器，對于實際標尺分度值d等于檢定標尺分度值e的模擬式衡量儀器，由分辨力引起的不確定度分量是：

1.1.4 由偏載引起的標準不確定度分量uE

在大部分情況下，標準不確定度分量uE通常被測量過程的標準不確定度uA所覆蓋，因而由偏載引起的標準不確定度分量uE可以忽略。

1.1.5 機械天平的合成標準不確定度uba

由于F2等級100g砝碼的最大允許誤差絕對值的九分之一值為0.17mg，該機械天平的合成標準不確定度為0.044mg，符合 JJG 99-2006《砝碼》檢定規程中對衡量儀器合成標準不確定度不得超過被檢砝碼質量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求，所以該機械天平適用于開展100gF2等級砝碼的檢定。

1.2 采用電子天平作為衡量儀器時合成標準不確定度的評定

實驗中所采用的電子天平的技術參數為:最大秤量220g;實際分度值d=0.1mg;檢定分度值e=10d;重復性≤0.1mg。

1.2.1 測量重復性引入的標準不確定度分量uA

1.2.2 由天平靈敏度引起的標準不確定度分量us

對于檢定合格的電子天平，其技術參數符合JJG 1036-2008《電子天平》檢定規程中最大允許誤差的要求，因此可以忽略必須通過實際測量才能得到的靈敏度分量，故由天平靈敏度引起的標準不確定度分量us忽略不計。

1.2.3 由顯示分辨力引起的標準不確定度分量ud

由于電子天平屬于數字式衡量儀器，實驗中所采用的電子天平的實際分度值d=0.1mg,由分辨力引起的不確定度分量是：

1.2.4 由偏載引起的標準不確定度分量uE

JJG 1036-2008《電子天平》檢定規程中對于偏載誤差的規定是：同一載荷下不同位置的示值誤差，均勻符合相應載荷最大允許誤差的要求[6]。根據JJG 1036-2008《電子天平》檢定規程中最大允許誤差計算表，可以計算出相應的測量偏載誤差所加載荷點處的最大允許誤差。則由偏載引起的標準不確定度分量uE：

式中：d1為估計的秤盤中心到砝碼中心的距離,mg；d2為秤盤中心到一個角的距離,mg；D為對天平進行偏載測量時最大值和最小值之間的差,mg。

1.2.5電子天平的合成標準不確定度uba

由于F2等級100g砝碼的最大允許誤差絕對值的九分之一值為0.17mg，該電子天平的合成標準不確定度為 0.144mg，符合 JJG 99-2006《砝碼》檢定規程中對衡量儀器合成標準不確定度不得超過被檢砝碼質量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求，所以該電子天平適用于開展100gF2等級砝碼的檢定。

2 結束語

目前檢定機構常用機械天平或電子天平作為質量量值傳遞過程中的衡量儀器，分別對這兩種天平的標準不確定度進行了分析，并最終得到所選用的天平是否符合JJG 99-2006《砝碼》檢定規程對衡量儀器的要求。由于砝碼在量值傳遞過程中多以砝碼組的形式出現，如克組砝碼、毫克組砝碼等，實例中只針對單個砝碼進行了分析，砝碼組其他砝碼選擇衡量儀器時，可參照上述方法，根據各單位的實際情況，進行分析后，選擇適合質量傳遞的衡量儀器。

[1]JJG 2053-2006質量計量器具檢定系統框圖[S].

[2]JJG 99-2006砝碼[S].

[3]姚弘.砝碼[M].北京:中國計量出版社,2007.

[4]JJG 98-2006機械天平[S].

[5]JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].

[6]JJG 1036-2008電子天平[S].