電子天平是一種高精度的測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于各種實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中。為了確保電子天平的測(cè)量精度，需要進(jìn)行定期的校準(zhǔn)。

JF1847-2020《電子天平校準(zhǔn)規(guī)范》發(fā)布實(shí)施之前，關(guān)于電子天平的校準(zhǔn)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)規(guī)范，主要依據(jù)的是JJG1036-2008《電子天平檢定規(guī)程》中的相關(guān)部分。

隨著電子天平涉及領(lǐng)域?qū)ζ錅?zhǔn)確度要求的提高，高精度電子天平的紛紛涌現(xiàn)，規(guī)程中的校準(zhǔn)方法并不能很好地表現(xiàn)電子天平的計(jì)量特性，為了跟上社會(huì)發(fā)展的步伐，滿足客戶對(duì)高精度電子天平的校準(zhǔn)需求，市場(chǎng)監(jiān)管總局組織起草發(fā)布了規(guī)范。本文主要對(duì)規(guī)程和規(guī)范中電子天平兩種校準(zhǔn)方法的區(qū)別進(jìn)行分析比較。

一、規(guī)程與規(guī)范兩種校準(zhǔn)方法的區(qū)別

依據(jù)JJG1036-2008方法開(kāi)展電子天平的校準(zhǔn)工作時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度不得大于電子天平在該載荷下最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。JJF1847-2020則要求標(biāo)準(zhǔn)砝碼經(jīng)校準(zhǔn)且具有包含不確定度的校準(zhǔn)證書(shū)，或者經(jīng)檢定合格且具有檢定證書(shū)。在校準(zhǔn)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選擇，也主要是根據(jù)最大秤量Max與實(shí)際分度值d的比值確定。

關(guān)于校準(zhǔn)項(xiàng)目，規(guī)程與規(guī)范兩者方法略有不同，下面一一進(jìn)行分析:

1.示值誤差

在進(jìn)行示值誤差測(cè)試時(shí)，規(guī)程與規(guī)范要求從零載荷加至最大秤量，選擇的試驗(yàn)載荷點(diǎn)應(yīng)等間距，均包括零點(diǎn)、最大秤量點(diǎn)或接近最大秤量點(diǎn)。但是，規(guī)程還要求包括最小秤量、接近最大允許誤差改變點(diǎn)試驗(yàn)載荷點(diǎn)。特別應(yīng)注意的是，規(guī)程在加載過(guò)程，不能使電子天平處于空載狀態(tài)。規(guī)范則提出測(cè)量過(guò)程中的每一步可卸載載荷，每次加載前秤盤(pán)應(yīng)清零，或者也可以不卸載載荷。

2.重復(fù)性

依據(jù)JJG1036-2008進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)時(shí)，通常選用不小于80%Max的試驗(yàn)載荷，而JJF1847-2020則要求試驗(yàn)載荷在接近50%Max到接近100%Max之間選取即可。

3.同載荷在不同位置的示值誤差

在評(píng)定電子天平測(cè)量結(jié)果的不確定度時(shí)，依據(jù)JJG1036-2008方法校準(zhǔn)，并沒(méi)有進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。而JJF1847-2020要求將同載荷在不同位置的示值誤差引入的不確定度分量考慮進(jìn)來(lái)，通過(guò)不同位置的示值與中間位置示值的最大差值來(lái)表示示值誤差。

二、不確定度分析比較

以最大秤量Max=220g，實(shí)際分度值d=0.1mg的電子天平為例，對(duì)試驗(yàn)載荷200g的點(diǎn)進(jìn)行不確定度評(píng)定，評(píng)定過(guò)程中所用標(biāo)準(zhǔn)砝碼為E₂等級(jí)。

1.測(cè)量模型

E=I-m_ref

式中:E——示值誤差，g；I——測(cè)量結(jié)果值，g；m_ref——參考質(zhì)量值，g。

對(duì)200g的試驗(yàn)載荷進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)量，結(jié)果(單位:g)分別為200.0001、200.0002、200.0001、200.0002、200.0003、200.0002、200.0001、200.0003、200.0001、200.0002。

選用100g的試驗(yàn)載荷進(jìn)行同載荷在不同位置的示值誤差的測(cè)量，記錄每個(gè)位置的示值(單位:g):100.0002(中間)、100.0002、100.0002、100.0002、100.0002。

以上各項(xiàng)不確定度分量相互獨(dú)立不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為

U₁=ku_c1=0.2mg

3.按照J(rèn)JG1036-2008進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

不確定度匯總?cè)绫?所示。

以上各項(xiàng)不確定度分量相互獨(dú)立不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為

U₂=ku_c2=0.2mg

三、小結(jié)

通過(guò)以上結(jié)果可看出，依據(jù)JJG1847-2020與JJF1036-2008電子天平的兩種校準(zhǔn)方法得出的示值誤差的擴(kuò)展不確定度差別很小。分析比較發(fā)現(xiàn)，前者比后者多引入了加載示值的化整誤差、空氣浮力、砝碼不穩(wěn)定性、同一載荷在不同位置的重心偏離4種不確定度分量。其中，前3種不確定度分量微乎其微，當(dāng)校準(zhǔn)人員進(jìn)行同載荷不同位置的示值誤差測(cè)量，沒(méi)有產(chǎn)生由于加載砝碼不當(dāng)引起重心偏離時(shí)，也就是同一載荷在不同位置的重心偏離引入的不確定度分量為零時(shí)，兩種方法得出的最終結(jié)果近乎一樣。

因此，在日常開(kāi)展電子天平的校準(zhǔn)工作時(shí)，當(dāng)不存在人員加載砝碼引起的重心偏離這一情況時(shí)，筆者認(rèn)為這兩種校準(zhǔn)方法區(qū)別不是太大，可以任選其一；否則建議依據(jù)JJF1847-2020進(jìn)行校準(zhǔn)。

另外，外部校準(zhǔn)適用于對(duì)電子天平測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合，可以提供準(zhǔn)確可靠的校準(zhǔn)結(jié)果。而內(nèi)部校準(zhǔn)適用于日常使用和維護(hù)，可以方便快捷地進(jìn)行校準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的校準(zhǔn)方法。