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两种电子天平校准方法的差异分析

更新时间:2023-05-08  |  点击率:819

电子天平是一种高精度的测量仪器,广泛应用于各种实验室和工业生产中。为了确保电子天平的测量精度,需要进行定期的校准。

JF1847-2020《电子天平校准规范》发布实施之前,关于电子天平的校准没有专门的技术规范,主要依据的是JJG1036-2008《电子天平检定规程》中的相关部分。

随着电子天平涉及领域对其准确度要求的提高,高精度电子天平的纷纷涌现,规程中的校准方法并不能很好地表现电子天平的计量特性,为了跟上社会发展的步伐,满足客户对高精度电子天平的校准需求,市场监管总局组织起草发布了规范。本文主要对规程和规范中电子天平两种校准方法的区别进行分析比较。

一、规程与规范两种校准方法的区别

依据JJG1036-2008方法开展电子天平的校准工作时,要求标准砝码的扩展不确定度不得大于电子天平在该载荷下最大允许误差绝对值的1/3。JJF1847-2020则要求标准砝码经校准且具有包含不确定度的校准证书,或者经检定合格且具有检定证书。在校准过程中标准砝码的选择,也主要是根据最大秤量Max与实际分度值d的比值确定。

关于校准项目,规程与规范两者方法略有不同,下面一一进行分析:

1.示值误差

在进行示值误差测试时,规程与规范要求从零载荷加至最大秤量,选择的试验载荷点应等间距,均包括零点、最大秤量点或接近最大秤量点。但是,规程还要求包括最小秤量、接近最大允许误差改变点试验载荷点。特别应注意的是,规程在加载过程,不能使电子天平处于空载状态。规范则提出测量过程中的每一步可卸载载荷,每次加载前秤盘应清零,或者也可以不卸载载荷。

2.重复性

依据JJG1036-2008进行重复性试验时,通常选用不小于80%Max的试验载荷,而JJF1847-2020则要求试验载荷在接近50%Max到接近100%Max之间选取即可。

3.同载荷在不同位置的示值误差

在评定电子天平测量结果的不确定度时,依据JJG1036-2008方法校准,并没有进行此项试验。而JJF1847-2020要求将同载荷在不同位置的示值误差引入的不确定度分量考虑进来,通过不同位置的示值与中间位置示值的最大差值来表示示值误差。

二、不确定度分析比较

以最大秤量Max=220g,实际分度值d=0.1mg的电子天平为例,对试验载荷200g的点进行不确定度评定,评定过程中所用标准砝码为E2等级。

1.测量模型

E=I-mref

式中:E——示值误差,g;I——测量结果值,g;mref——参考质量值,g。

对200g的试验载荷进行10次重复性测量,结果(单位:g)分别为200.0001、200.0002、200.0001、200.0002、200.0003、200.0002、200.0001、200.0003、200.0001、200.0002。

选用100g的试验载荷进行同载荷在不同位置的示值误差的测量,记录每个位置的示值(单位:g):100.0002(中间)、100.0002、100.0002、100.0002、100.0002。

 

2.按照JJF1847-2020进行示值误差的标准不确定度评定
主要不确定度汇总如表1所示。

微信图片_20230213104658.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

以上各项不确定度分量相互独立不相关,合成标准不确定度为

微信图片_20230213104706.jpg

 

 

 

 

 

 

取包含因子k=2,则扩展不确定度为

U1=kuc1=0.2mg

3.按照JJG1036-2008进行测量结果的标准不确定度评定

不确定度汇总如表2所示。


微信图片_20230213104713.jpg








以上各项不确定度分量相互独立不相关,合成标准不确定度为

微信图片_20230213104720.jpg

取包含因子k=2,则扩展不确定度为

U2=kuc2=0.2mg

三、小结

通过以上结果可看出,依据JJG1847-2020与JJF1036-2008电子天平的两种校准方法得出的示值误差的扩展不确定度差别很小。分析比较发现,前者比后者多引入了加载示值的化整误差、空气浮力、砝码不稳定性、同一载荷在不同位置的重心偏离4种不确定度分量。其中,前3种不确定度分量微乎其微,当校准人员进行同载荷不同位置的示值误差测量,没有产生由于加载砝码不当引起重心偏离时,也就是同一载荷在不同位置的重心偏离引入的不确定度分量为零时,两种方法得出的最终结果近乎一样。

因此,在日常开展电子天平的校准工作时,当不存在人员加载砝码引起的重心偏离这一情况时,笔者认为这两种校准方法区别不是太大,可以任选其一;否则建议依据JJF1847-2020进行校准。

另外,外部校准适用于对电子天平测量精度要求较高的场合,可以提供准确可靠的校准结果。而内部校准适用于日常使用和维护,可以方便快捷地进行校准,及时发现和解决问题。因此,在实际应用中,应根据具体情况选择合适的校准方法。