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兩種電子天平校準(zhǔn)方法的差異分析
電子天平是一種高精度的測量儀器，廣泛應(yīng)用于各種實驗室和工業(yè)生產(chǎn)中。為了確保電子天平的測量精度，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)布實施之前，關(guān)于電子天平的校準(zhǔn)沒有專門的技術(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)電子天平的計量特性，為了跟上社會發(fā)展的步伐，滿足客戶對高精度電子天平的校準(zhǔn)需求，市場監(jiān)管總局組織起草發(fā)布了規(guī)范。本文主要對規(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方法開展電子天平的校準(zhǔn)工作時，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，或者經(jīng)檢定合格且具有檢定證書。在校準(zhǔn)過程中標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選擇，也主要是根據(jù)最大秤量Max與實際分度值d的比值確定。
關(guān)于校準(zhǔn)項目，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)行示值誤差測試時，規(guī)程與規(guī)范要求從零載荷加至最大秤量，選擇的試驗載荷點應(yīng)等間距，均包括零點、最大秤量點或接近最大秤量點。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試驗載荷點。特別應(yīng)注意的是，規(guī)程在加載過程，不能使電子天平處于空載狀態(tài)。規(guī)范則提出測量過程中的每一步可卸載載荷，每次加載前秤盤應(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)性試驗時，通常選用不小于80%Max的試驗載荷，而JJF1847-2020則要求試驗載荷在接近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
在評定電子天平測量結(jié)果的不確定度時，依據(jù)JJG1036-2008方法校準(zhǔn)，并沒有進(jìn)行此項試驗。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，通過不同位置的示值與中間位置示值的最大差值來表示示值誤差。
二、不確定度分析比較
以最大秤量Max=220g，實際分度值d=0.1mg的電子天平為例，對試驗載荷200g的點進(jìn)行不確定度評定，評定過程中所用標(biāo)準(zhǔn)砝碼為E2等級。
1.測量模型
E=I-mref
式中:E——示值誤差，g；I——測量結(jié)果值，g；mref——參考質(zhì)量值，g。
對200g的試驗載荷進(jìn)行10次重復(fù)性測量，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的試驗載荷進(jìn)行同載荷在不同位置的示值誤差的測量，記錄每個位置的示值(單位:g):100.0002(中間)、100.0002、100.0002、100.0002、100.0002。
以上各項不確定度分量相互獨立不相關(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=kuc1=0.2mg
3.按照J(rèn)JG1036-2008進(jìn)行測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定
不確定度匯總?cè)绫?所示。
以上各項不確定度分量相互獨立不相關(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=kuc2=0.2mg
三、小結(jié)
通過以上結(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量，沒有產(chǎn)生由于加載砝碼不當(dāng)引起重心偏離時，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，兩種方法得出的最終結(jié)果近乎一樣。
因此，在日常開展電子天平的校準(zhǔn)工作時，當(dāng)不存在人員加載砝碼引起的重心偏離這一情況時，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)適用于對電子天平測量精度要求較高的場合，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)，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的校準(zhǔn)方法。