電子天平示值誤差測量結果的不確定度評定

王鋒祥

摘要：作為重要測量工具的一種，電子天平精準度非常高，可以實現數據的精準測量，但是電子天平如果產生誤差就會嚴重影響測量結果，因此需要對電子天平示值的誤差進行評定，對誤差測量結果進行分析和探討，這樣能夠讓電子天平的測量結果更加精準。本文對電子天平示值誤差測量結果的不確定度進行了評定，分析了導致誤差產生的因素，并突出了監測誤差的方法，根據電子天平檢定規程和測量不確定度評定對電子天平示值的誤差結果進行了測評，對其不確定度進行了評定。

關鍵詞：電子天平；不確定度；評定

電子天平的原理是電子平衡，人們想到可以利用電子平衡制作一種精密的測量工具，于是就誕生了電子天平。電子天平是現代電子數據的體現，其設計具有傳統機械天平沒有的優勢，不需要采用砝碼，就可以將測量結果顯示在電子屏上。電子天平的反應非常靈敏，精確度高，并且操作簡單，還可以與自動化設備相連，為實際應用帶來更多的便利，也為數據的進一步計算提供了保障，目前已經廣泛的應用于各個領域，但電子天平的使用的過程中容易受到多種因素的影響和干擾，影響了電子天平的準確性，導致其測量的結果不準確。針對這種情況，需要定期對電子天平進行檢測，對其誤差進行測量，并根據測量結果進行評定，對其誤差進行研究，這樣才能讓電子天平得到更好的校準，測量結果更為準確，能夠更好的被投入使用。

1電子天平的定義及原理

電子天平指的是采用電磁力平衡測量物體重力的天平，電子天平的測量結果比較準確，顯示也很快速和清晰，還可以自動進行系統的監測，能夠通過自動校準裝置以及超載保護等裝置進行簡單的自動校準。其原理是采用應變式傳感器，電容傳感器以及電磁平衡傳感器，對重量的變化進行感應。其中應變式傳感器的結構比較簡單，造價也比較低，但是測量精度有限。電容式傳感器測量速度很快，性價比也很高，但是也達不到很高的精度。電磁平衡傳感器則可以達到很高的精度，測量的結果也比較準確，并且顯示清晰快速，帶有自動檢測系統和簡單的校準和超載保護裝置，因此相較于應變式和電容式傳感器更加具有優勢，廣泛的運用于各個行業和場景。

2電子天平的測量條件

標準E2等級的砝碼，常被用來作為電子天平測量的標準砝碼，測量時的室內溫度需要保持在20℃-24℃之間，室內的濕度要小于80%，在這樣的室內環境下測量結果才能夠更加準確。根據電子天平測量的相關規程，就可以開始對其進行誤差的測量了。本文選取的是最大承重量為200克，分度值為0.1毫克的電子天平，也是比較常見的一種規格的電子天平。先用選取的電子天平測量標準砝碼，由于標準砝碼的重量的固定并且已知的，如果電子天平顯示的數值和標準砝碼對比不一樣，就說明電子天平出現了誤差。采用這樣的測量方法進行測量，可以建立起數學模型，一般來說運用的模型是△m=m-mb，△m表示的是電子天平測量標準砝碼顯示數值的值，mb表示的是標準砝碼的已知數值。

3電子天平示值誤差測量結果不確定度評定

很多因素都會對電子天平的測量結果產生影響，常見的有測量的重復，大氣的壓力，以及天平本身靈敏度的問題。這些因素影響電子天平示值誤差的核心因素是因為其影響了電磁，對其產生了干擾，從而影響測量結果。測量的時間如果過長或者過短，也會導致測量結果的不準確，測量時間過長電磁容易被干擾，測量時間過短則讀數還沒有穩定。本文無法將所有影響電子天平測量的因素都考慮完善，但選取了對其影響較大的因素進行了評定，其中有對輸入量，合成標準以及擴展不確定度評定等。

3.1輸入量標準的評定

對電子天平示值誤差進行評定時選取了200g的標準砝碼作為評定工具，mb表示的是輸入量，μ（mb）表示的是不確定度，采用B類方法可以對輸入量的不確定度進行評定。根據電子天平不確定度規程，經過計算砝碼擴展的不確定度為0.10mg，將不確定值用U表示，得到其包含因子是2，將其用k表示。通過對其自由度的估算，可以得到200克的砝碼，不確定度為0.05毫克，自由度為50。通過對其輸入量的評定，可以得出不確定度和天平重復性相關的結論，這就需要進行反復的測量，這樣才能最終獲得其不確定性。測量時可以用統一的砝碼，采用多次測量的形式，其他條件不變，直到將200克的砝碼多次測量，得到10個數值，在對這是個數值進行平均值的計算，得到單次試驗的標準差為0.07。為了數據更加準確和具有說服力，也可以再準備三臺電子天平，規格相同，都進行同樣的測試，得到九組結果，分別對其標準誤差進行計算，再將其標準誤差進行合并，得到合并后的標準誤差為sp=0.07。由此可以得到 μ（m1）=0.07，自由度 v（m1）=9×（10-1）=81。對天平分辨度的測量，也可以將不確定度用μ（m2）表示，假設電子天平的分度值是0.1毫克，那么通過公職計算就可以得到不確定度是0.03毫克，自由度是50。

3.2合成標準的評定

對于合成標準的評定可以采用數學模型△m=m-mb，其靈敏度系數可以用C1和C2表示，分別為1和-1，并且根據得到的值，對不確定度進行計算，保持輸入量之間的相互獨立，計算合成標準，根據公式可以得到不確定度為0.09毫克。由此可以得出合成標準的不確定度有效自由度為veff=150，取有效自由度veff=∞，采用這種方法就可以對電子天平的合成標準進行評定。

3.3擴展不確定度評定

將置信概率的取值定為p=95%，根據有效自由度veff=∞可以查得kp=1.960，擴展不確定度為 U95=1.960×0.09=0.18mg，擴展度也是影響電子天平示值誤差的重要因素，根據此測量結果就可以得出擴展不確定度的評定結果，對電子天平示值誤差進行判定。

3.4不確定度的表示與意義

對電子天平測量，其最大稱重量是200克，根據測量結果，可以得到不確定度為0.18毫克，veff=∞。影響電子天平的因素通過測量結果能夠清晰的現實出來，對誤差可以進行判定，觀察是否在合理的范圍內，這樣可以更好的對電子天平進行校正，及時的對其進行調節，確保電子天平的示值是符合測量規定和要求的，從而讓電子天平的使用年限更長，測量數據更加精確，不會由于誤差影響到測量結果，造成嚴重的后果，為不同的行業提供更加精準的測量。

4結束語

綜上所述，電子天平是一種重要的測量工具，其精度在其他測量工具中是比較高的，很多場所都使用了電子天平，尤其是醫院、實驗室等場所對電子天平的測量精度有較高的要求，因此需要對電子天平示值誤差測量結果進行不確定度的評定。在電子天平的使用過程中，很多環境以及其他方面的因素都會影響電子天平的精度，導致電子天平失去原來的準確性，出現測量的誤差。要想知道電子天平存在哪些問題，就必須對其進行誤差結果的不確定性測評，通過對其主要影響因素的評定，判斷測量誤差，這樣才能作為校準的依據進行校準，滿足使用要求，讓電子天平能夠更好的進行工作。電子天平作為一種精密儀器難免會由于各種因素導致準確性的偏差，因此需要對電子天平定期的進行檢查和測定，找出影響電子天平精度的原因，對其進行調節，讓其保持精準度，滿足測量的要求，從而能夠更好的進行測量工作。

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