試論專用砝碼校準(zhǔn)與測(cè)量值的不確定度評(píng)定

楊璐 石巖 石磊 馮培培

河南省計(jì)量科學(xué)研究院 河南鄭州 450000

機(jī)械天平作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及一些科研工作中的專用稱重儀器，其成分配比滿足相應(yīng)的要求對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，對(duì)稱重儀器進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，關(guān)系著實(shí)驗(yàn)的成功?，F(xiàn)階段的半自動(dòng)機(jī)械加碼電光天平已經(jīng)在相關(guān)行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。尤其是在醫(yī)院、制藥公司、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面應(yīng)用較多。根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合《砝碼》鑒定規(guī)程，采取TG328A型號(hào)的機(jī)械天平來充當(dāng)測(cè)量?jī)x器，所用100gF2等級(jí)砝碼為具體的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以此來構(gòu)建相應(yīng)的砝碼數(shù)學(xué)模型，探究相關(guān)的影響測(cè)量結(jié)果的相關(guān)不確定度分量進(jìn)行有效分析，最后得出F2等級(jí)砝碼的質(zhì)量測(cè)量不確定度是否符合相關(guān)要求，驗(yàn)證相關(guān)機(jī)械天平的測(cè)量可靠性和準(zhǔn)確性。

1 研究概述

具體的砝碼校準(zhǔn)和不確定度的評(píng)定主要依據(jù)的是JJG99-2006《砝碼》中的相關(guān)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并以JJG98-2006《機(jī)械天平》中相關(guān)檢定規(guī)程指導(dǎo)具體的砝碼校準(zhǔn)和不確定度評(píng)定工作。

環(huán)境要求：為保證實(shí)驗(yàn)不受環(huán)境的影響，提升校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和有效性，根據(jù)相關(guān)的檢定規(guī)程，將環(huán)境溫度控制在18-26℃，溫度波動(dòng)好保持在0.5℃/h的幅度，環(huán)境濕度控制在（30-70）%RH范圍內(nèi)。

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：F2等級(jí)專用砝碼的測(cè)量范圍在1mg-500g范圍內(nèi)，根據(jù)《砝碼》中的相關(guān)規(guī)程，砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為0.006-0.8mg，覆蓋因子k=2。

檢測(cè)對(duì)象：F2等級(jí)專用砝碼。

測(cè)量過程：針對(duì)這一等級(jí)的砝碼進(jìn)行測(cè)量的過程中，主要選用的測(cè)量方法為單詞替代稱量法，實(shí)驗(yàn)中由兩人分別對(duì)于同一天平進(jìn)行操作使用，將實(shí)驗(yàn)砝碼分別放在天平兩端，采取的是同標(biāo)稱質(zhì)量的專用砝碼，這樣就能獲得標(biāo)準(zhǔn)砝碼以及被測(cè)砝碼之間的差值大小，最后將兩人測(cè)量的的算數(shù)平均值加上砝碼的質(zhì)量值就是對(duì)于該砝碼測(cè)量的最終結(jié)果。

2 專用砝碼的校準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)《砝碼》中對(duì)于砝碼校準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)程，按照專用砝碼的測(cè)量精度要求對(duì)于相應(yīng)等級(jí)的砝碼精準(zhǔn)度要求進(jìn)行把握。例如，針對(duì)企業(yè)送檢專用砝碼。其要求測(cè)量誤差必須要控制10g以內(nèi)，在實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)中，使用大量程電子天平，對(duì)于專用砝碼進(jìn)行稱重，測(cè)量的質(zhì)量為143.4kg根據(jù)相關(guān)的鑒定規(guī)程要求，這種專用砝碼的最差允許誤差范圍為7.15g，這一范圍符合砝碼測(cè)量對(duì)于精度的要求，因此，可以選擇這種鑒定方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

在標(biāo)準(zhǔn)天平中使用該等級(jí)的專用砝碼裝置中的一臺(tái)天平，其最大承重為200kg，分度值d=1g，選擇質(zhì)量不等的F2等級(jí)的法案，包括20kg七個(gè)、2kg一個(gè)、1kg一個(gè)、200g兩個(gè)。使用ABA法進(jìn)行測(cè)量，循環(huán)次數(shù)為1。得出下列的表格數(shù)據(jù)

表1 ABA法測(cè)量值

這三個(gè)數(shù)值分別指的是第一次放入標(biāo)準(zhǔn)砝碼的測(cè)量值、防止被檢測(cè)砝碼的測(cè)量值以及第二次防止標(biāo)準(zhǔn)碼的測(cè)量值，根據(jù)相關(guān)的數(shù)值計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)砝碼的修正值為0.36g，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的折算質(zhì)量值為143.436kg，加上修正值后，得出的最終的檢測(cè)結(jié)果為143.459kg。

3 專用砝碼的不確定度評(píng)定

通過對(duì)于相關(guān)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中的規(guī)定，將不確定度評(píng)定劃分成A類和B類，而這里的A類主要是按照對(duì)被測(cè)量的一系列測(cè)得數(shù)值獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差的過程，B類評(píng)定主要是按照相關(guān)信息對(duì)于先驗(yàn)概率分布機(jī)型估計(jì)，計(jì)算出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值的過程，通過專用砝碼的測(cè)量模型，將測(cè)量值的不確定來源概率為四點(diǎn)：

表2 不確定度來源

在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)施五次ABA大的重復(fù)性測(cè)量，并計(jì)算得出相應(yīng)的測(cè)量過程的質(zhì)量差值，具體測(cè)量的質(zhì)量差值分別為0.023/0.022/0.023/0.021/0.022kg，考慮到F2等級(jí)專用砝碼的校準(zhǔn)程序主要為單次測(cè)量，因此對(duì)于測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算得出為0.58g。就F2標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度來看，主要由標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定結(jié)果的不確定度以及質(zhì)量不穩(wěn)定性造成的不確定度，在《砝碼》的檢定規(guī)程中，指出了標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度不能超出砝碼最大允許誤差的三分之一，所以對(duì)于這一標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以取六分之一的砝碼最大允許誤差，現(xiàn)在，已經(jīng)知道這一專用砝碼的標(biāo)準(zhǔn)砝碼最大允許誤差為2.15g，那么計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度值為0.36g，而質(zhì)量不穩(wěn)定性造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.41g。在計(jì)算相關(guān)的空氣浮力引入的不確定度中，通過公式計(jì)算得出這一不確定度值為0.05g,而標(biāo)準(zhǔn)天平引入的不確定度為0.41g，擴(kuò)展不確定度的計(jì)算得出的數(shù)值為2g。最終得出專用法案的校準(zhǔn)結(jié)果報(bào)告中，專用砝碼的折算質(zhì)量值為143.459kg，而砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為2g，覆蓋因子k=2。根據(jù)《砝碼檢定規(guī)程》相關(guān)檢定規(guī)程要求，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求F2等級(jí)專用砝碼的測(cè)量范圍在1mg-500g范圍內(nèi)，根據(jù)《砝碼》中的相關(guān)規(guī)程，砝碼的擴(kuò)展不確定度U極限值一般為0.006-0.8mg，覆蓋因子k=2，這與具體的該等級(jí)的砝碼的相關(guān)不確定度的規(guī)程相對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證了砝碼的有效性。

4 總結(jié)

在具體的專用砝碼的校準(zhǔn)以及不確定度的檢定中，采取有效的檢定方法，能夠提升測(cè)量精度要求，通過參照相關(guān)的不確定砝碼檢定方法規(guī)程對(duì)于砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)程序的設(shè)計(jì)以及不確定度的評(píng)定，才能獲得和實(shí)際砝碼情況最接近的評(píng)定結(jié)果。