機械天平測量結果的不確定度評定與表示

孟令帥 高燕 王曉曉 劉德成 張云龍

【摘要】本文依據新的JJG 98—2019《機械天平》檢定規程，選取實驗室中穩定的機械天平為測量對象，建立機械天平測量模型，對影響機械天平不確定度的來源進行計算分析，最后合并得出該稱量點測量結果的不確定度。

【關鍵詞】機械天平；測量設備；不確定度

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.076

Evaluation and Expression of Uncertainty of Measurement Result of Mechanical Balance

MENG Lingshuai， GAO Yan， WANG Xiaoxiao， LIU Decheng， ZHANG Yunlong

（Weifang Institute of Metrology and Measurement，Weifang 261061，China）

Abstract： According to the new verification regulation JJG 98—2019 Mechanical Balance， the stable mechanical balance of the laboratory is selected as the measurement object， the measurement model of mechanical balance is established， the source of the uncertainty of the mechanical balance is calculated and analyzed， and the uncertainty of the measurement result of the weighing point is finally obtained.

Keywords： mechanical balance； measuring equipment； uncertainty

目前，機械天平仍然作為計量技術機構和企業的計量標準器具被使用，特別是在一些安全程度要求較高、需要精密稱量的生產加工領域。因此，在使用機械天平稱量過程中，為獲得更準確的測量，獲得該稱量點的測量結果的不確定度是至關重要的一項工作。

利用杠桿平衡原理對物體質量進行測量，是機械天平的工作原理[1]。本文選取一種沒有阻尼器的機械天平，依據規程建立測量模型，測量過程中，把天平靈敏度、天平測量重復性、環境條件變化以及天平橫梁不等臂性誤差作為考慮的不確定度來源分量，分析評定機械天平在測量過程中產生的不確定度。

1.1測量依據

JJG 98—2019《機械天平》檢定規程。

1.2環境測量條件

溫度：（20±3）℃，溫度的起伏波動≤0.5℃/h，濕度應不大于75%。

1.3測量標準

實驗中選用的標準砝碼為E2等級。測量中標準砝碼的選取，應根據JJG 98—2019《機械天平》檢定規程中對標準砝碼的擴展不確定度（k=2）的要求，其不得超過被校機械天平在相應載荷下最大允許誤差絕對值的1/3。

1.4測量對象

選取TG31型機械天平作為被測對象，該型天平為無阻尼式普通標尺，其檢定標尺分度值為e=0.5 mg，最大秤量為1000 g。

1.5測量方法

采用直接測量的方法，即該測量點的示值誤差可以通過相應的標準砝碼，直接用天平測量得到。

1.6評定結果的使用

測量不確定度對應每一測量結果，通常報告測量結果時，測量不確定度都用擴展不確定度表示，除了規定約定外，不同參數、不同測量范圍的相關量值應分別給出相應的測量不確定度[2]。

2數學模型

任選2臺相同型號的TG31機械天平，分別對每臺機械天平進行3組測量，規定每組測量在重復性測量條件下，均連續測量10次，共計獲得6組測量序列。按照上述方法對得到的每組測量列分別進行計算，一共得到6個單次實驗標準偏差，如表1所示。

由于經檢定合格的普通標尺天平橫梁不等臂性誤差不超過6個分度，通常情況下不進行添加小砝碼測量，故上述公式可以簡化為：

可以參照上述方法對天平其他稱量點的測量進行評定分析。另外，示值誤差測量結果的末位應與其測量不確定度的末位對齊，當第一位有效數字是1或2時候，應修改后保留二位有效數字，對測量要求不高的情況下，可以適當保留一位有效數字[4]。

7結束語

本文結合新的機械天平檢定規程重新對機械天平測量結果的不確定度評定表示，從評定分析中注意到，天平示值重復性、環境條件變化以及天平橫梁不等臂性誤差對測量結果不確定度的影響比較大，尤其是環境條件變化，所以在平時的測量中，加強環境條件正確控制顯得尤為重要。不論是企業還是計量技術機構，都應充分考慮環境條件對測量結果不確定度的影響，在機械天平的使用過程中，加強實驗室環境條件的實時監控，保證工作臺平穩、堅固，實驗室不受氣流、磁場、振動等環境影響，可以有效減少環境變化對測量結果的影響，進而提高測量結果的精確性和可靠性。

【參考文獻】

[1]機械天平：JJG 98—2019[S].

[2]測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].

[3]砝碼：JJG 99—2022[S].

[4]葉德培，丁躍清，黃耀文.一級注冊計量師基礎知識及專業實務（第4版）[M].北京：中國質檢出版社，2017.

【作者簡介】

孟令帥，男，1986年出生，一級注冊計量師，工程師，碩士，研究方向為機械天平、電子天平、砝碼、數字指示秤、水分測定儀等力學、化學計量。

（編輯：李加鵬）