淺談電子天平不確定度評定

楊科峰

摘要：隨著我國電子天平行業的迅速發展，對電子天平的測量精度要求越來越高，但由于電子天平的測量原理是通過電磁平衡原理形成的，用傳感器傳輸數據，所以在天平的內部會安裝大量的精密零件，這些零件結構復雜且容易損壞，而這些零件的損壞會造成測量的誤差增大，同時，由于其他因素的存在，都對電子天檢定示值造成影響，導致出現偏差。因此，我們必須對影響偏差的因素進行研究，確保天平示值的準確性。

關鍵詞：電子天平；不確定度；評定

一、對電子天平不確定度的認識

電子天平是一種重要精密的計量工具，因此對于數據的要求十分嚴格，這就對天平的檢定結果提出了挑戰，而對于不確定度的評定就是一項重要的過程，需要每一位檢測人員對這種評定方法熟練掌握，以保證電子天平的高效運行。電子天平的不確定度包含很多方面，主要有天平的不確定度和砝碼的不確定度，每一種都需要用不同的方式及公式進行計算。在《測量不確定度的要求》文件中明確指出對不確定度的測量規范，工作人員應按照相關規范進行操作。

二、電子天平不確定度的評定依據

（一）評定法律依據

參照JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》規定，對測量的過程進行審核，同時在測量前我們還需要對參與測量的其他各種設備進行檢測，以保證測量的科學性和嚴謹性，保證測量數值的準確性。

（二）測量規范

參照JJG1036-2008《電子天平檢定規程》，對任何一次檢定結果的誤差，都不應超過規定荷載的最大誤差，在使用過程中的最大允許誤差應該是首次檢定時的兩倍，檢定人員應加強對電子天平的檢定規程的學習，保證檢測數據的真實性和可靠性。

（三）環境標準

由于溫度和濕度對天平和砝碼的精度會產生影響，因此要求室內溫度最好保持在18攝氏度至26攝氏度左右，濕度不大于80%，這樣可以有效保證測量結果的科學性，不會因為溫度和濕度的原因產生不一樣的結果。

（四）測量的對象

可以選用FA1200型號的電子天平，最大秤量為200g，分度值為0.1mg，首先對測量的天平做初步的檢測，保證沒有質量問題。

（五）測量的內容

采用直接測量法，就是把標準砝碼放到被檢測的電子天平上，然后觀察記錄天平顯示的數據，再與標準砝碼的質量進行對比，所得數值即為天平的誤差，這一步可以采用重復作業的方法，對多組測量的數據進行取平均值處理，減小檢測的誤差。

（六）測量的工具

采用F1等級的標準砝碼，砝碼的材料應選擇不具有磁性的不銹鋼材料，保證沒有磁場對檢測結果產生影響，這樣可以避免風力等因素產生的影響，可以選取質量介于1g和500g之間的砝碼，同時根據《砝碼檢定規程》檢測砝碼的質量是否達到要求，若砝碼精度不夠或質量不達標應立即更換，避免因的砝碼質量問題而對天平的檢測結果產生影響。

三、測量的數學模型

采用傳統的數學模型，及利用測量結果減去砝碼質量的方法，設Am=m-mo，其中Am為電子天平的測量誤差值，m為電子天平的最終顯示值，mo為砝碼的質量，這樣可以測量出總誤差。

四、對實驗過程中各種不確定度進行計算和評定

標準不確定度的A類評定方法

按照檢定規程的要求，測量過程中必須要重復多次進行，對每次測量采用的砝碼應保證規格和質量一致，然后再對測量的結果取平均值，這是為了避免偶然性的出現，最大力度減小測量誤差的出現。具體來講，可以采用200g的標準砝碼進行重復10次的實驗，對10次的測量結果取平均值，然后再利用貝塞爾公式對測量結果的標準偏差和標準不確定度進行計算。

標準不確定度的B類評定方法

（1）對電子天平分辨力引入的不確定度進行計算

電子天平的分辨力對測量的數值有著重要的影響，由于天平的分度值為為0.1mg，且分辨力的影響為數學中的均勻分布，因此可以采用一些數學公式求出不確定度的分量。例如：如果不確定度的分布區間半寬為0.1/2，均勻分布的k的取值為3，那么最終的不確定度即為0.1/23=0.029mg。

（2）對電子天平偏載引入的不確定分量進行計算

電子天平的偏載問題一直是技術人員急需解決重要問題，因為其對天平的精度產生著重大影響。通過對初始記錄的計算，我們可以得到天平的偏載誤差，由于數據服從均勻分布，所以可以對偏載誤差套用公式，求出不確定度。例如：如果偏載誤差為0.4mg，則有不確定度分量為0.4/23=0.116mg。

（3）對砝碼質量引起的不確定度進行計算

這種不確定度形成的原因主要是由于砝碼的質量無法保證完全的相同，因此在計算的時候可以根據《砝碼檢定規程》中提供的數據，對砝碼的誤差進行系統的處理，對各砝碼的質量取平均值，減少砝碼問題對實驗數據的影響。

（4）合成標準的不確定度的計算方式

由于各種數據的輸入變量彼此不相關，所以對合成標準不需要進行單獨計算，可以采用統一公式進行計算。例如：輸入量的數值分別為0.069和0.050，那么合成標準的不確定度可以為根號下0.069的平方加上0.050的平方，結果為0.085mg。

（6）擴展的不確定度的計算方式

擴展不確定度的公式為U=ku，當包含因子k為2時，則不確定度為0.17mg。

總結

綜上所述，上述實驗是嚴格按照相應檢定規程進行的，最主要對各種因素產生的不確定度進行分析，研究這些不確定度產生的原因，計算出其造成的誤差，作為依據對天平檢測數據進行調整，保證電子天平的取值在正常的范圍內，使其滿足測量的要求，更好的為計量工作服務。