砝码检定中衡量仪器选择实例

孙艳国

中国石油辽河油田分公司质量节能管理部 （辽宁 盘锦 124010）

在砝码量值传递中，衡量仪器作为主要配套设备使用，JJG 2053-2006《质量计量器具检定系统框图》对衡量仪器的要求只是泛泛地给出“在相应精度的标准天平上用直接比较法或组合比较法比较”[1]。已废止的JJG 99-90《砝码试行检定规程》中，对衡量仪器的要求也不是很严格，但随着JJG 99-2006《砝码》检定规程的发布实施，新规程对砝码检定时的各项要求与OIML国际建议R111保持一致，在国际建议R111中，要求质量传递过程中的衡量仪器要已知分辨力、灵敏度、重复性、偏载等计量特性，并满足不确定度的要求。根据我国国情，JJG 99-2006《砝码》检定规程在计量器具控制中对衡量仪器的选择提出了具体要求：衡量仪器的计量特性在进行测量之前要已知。如果被检砝码进行空气浮力修正，则其合成标准不确定度（即重复性、灵敏度、分辨力、偏载等的合成）应不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的六分之一；如果被检砝码不进行空气浮力修正，则合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一。

质量量值传递工作是一项基础性工作，是保证后续工作的前提，各级计量检定机构承担着保障国家计量单位的统一和量值准确可靠的重任，在砝码量值传递过程中选择符合检定规程要求的衡量仪器尤为重要。

1 衡量仪器选择实例

以检定F2等级100g砝码为例，根据JJG 99-2006《砝码》的规定，F2等级砝码无需进行空气浮力修正[2]。该100g砝码的最大允许误差绝对值1.6mg，其九分之一值为0.17mg，即选择的衡量仪器的合成标准不确定度应不大于0.17mg。根据多次试验表明，在衡量仪器合成标准不确定度的各标准不确定度分量中，占比重最大的是测量重复性所引入的标准不确定度分量[3]，因此在选择衡量仪器时，大致可以确定应选择重复性不大于0.17mg的衡量仪器。关于所选衡量仪器的各项性能指标可从该仪器技术说明书、厂家提供的产品宣传样本以及相关的现行计量检定规程中获取。

目前常用机械天平或电子天平作为衡量仪器来开展砝码检定工作，下面分别分析这两种天平的合成标准不确定度，以确定是否符合开展检定工作的要求。

1.1 采用机械天平作为衡量仪器时合成标准不确定度的评定

实验中所采用的机械天平的技术参数为:最大秤量200g;实际标尺分度值d=0.1mg；检定标尺分度值e=0.1mg。

1.1.1 测量重复性引入的标准不确定度分量uA

机械天平的测量重复性一般用级差法来表达，JJG 98-2006《机械天平》检定规程中的示值重复性要求是不大于1分度[4]，实验中采用的机械天平的分度值为0.1mg，即经检定合格的同种机械天平的示值重复性都不会超过0.1mg，由于机械天平示值重复性是采用极差法计算得到的，由JJF 1057.1-2012《测量不确定度评定与表示》中查得C=2.53[5]，且由于F2等级砝码测量循环次数可为1次，故

式中：R为极差,mg；C为极差系数。

1.1.2 由天平灵敏度引起的标准不确定度分量us

用E2等级折算质量值为10.003mg的砝码测量天平分度值，测得天平指针走过的分度数为103个分度，并使用该砝码连续测量10次，测量结果xi分别为：10.32、10.32、10.34、10.30、10.32、10.34、10.30、10.32、10.32、10.32mg。根据 JJG 99-2006《砝码》检定规程附录C.4.2所给公式计算：

1.1.3由显示分辨力引起的标准不确定度分量ud

机械天平属于模拟式衡量仪器，对于实际标尺分度值d等于检定标尺分度值e的模拟式衡量仪器，由分辨力引起的不确定度分量是：

1.1.4 由偏载引起的标准不确定度分量uE

在大部分情况下，标准不确定度分量uE通常被测量过程的标准不确定度uA所覆盖，因而由偏载引起的标准不确定度分量uE可以忽略。

1.1.5 机械天平的合成标准不确定度uba

由于F2等级100g砝码的最大允许误差绝对值的九分之一值为0.17mg，该机械天平的合成标准不确定度为0.044mg，符合 JJG 99-2006《砝码》检定规程中对衡量仪器合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求，所以该机械天平适用于开展100gF2等级砝码的检定。

1.2 采用电子天平作为衡量仪器时合成标准不确定度的评定

实验中所采用的电子天平的技术参数为:最大秤量220g;实际分度值d=0.1mg;检定分度值e=10d;重复性≤0.1mg。

1.2.1 测量重复性引入的标准不确定度分量uA

1.2.2 由天平灵敏度引起的标准不确定度分量us

对于检定合格的电子天平，其技术参数符合JJG 1036-2008《电子天平》检定规程中最大允许误差的要求，因此可以忽略必须通过实际测量才能得到的灵敏度分量，故由天平灵敏度引起的标准不确定度分量us忽略不计。

1.2.3 由显示分辨力引起的标准不确定度分量ud

由于电子天平属于数字式衡量仪器，实验中所采用的电子天平的实际分度值d=0.1mg,由分辨力引起的不确定度分量是：

1.2.4 由偏载引起的标准不确定度分量uE

JJG 1036-2008《电子天平》检定规程中对于偏载误差的规定是：同一载荷下不同位置的示值误差，均匀符合相应载荷最大允许误差的要求[6]。根据JJG 1036-2008《电子天平》检定规程中最大允许误差计算表，可以计算出相应的测量偏载误差所加载荷点处的最大允许误差。则由偏载引起的标准不确定度分量uE：

式中：d1为估计的秤盘中心到砝码中心的距离,mg；d2为秤盘中心到一个角的距离,mg；D为对天平进行偏载测量时最大值和最小值之间的差,mg。

1.2.5电子天平的合成标准不确定度uba

由于F2等级100g砝码的最大允许误差绝对值的九分之一值为0.17mg，该电子天平的合成标准不确定度为 0.144mg，符合 JJG 99-2006《砝码》检定规程中对衡量仪器合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求，所以该电子天平适用于开展100gF2等级砝码的检定。

2 结束语

目前检定机构常用机械天平或电子天平作为质量量值传递过程中的衡量仪器，分别对这两种天平的标准不确定度进行了分析，并最终得到所选用的天平是否符合JJG 99-2006《砝码》检定规程对衡量仪器的要求。由于砝码在量值传递过程中多以砝码组的形式出现，如克组砝码、毫克组砝码等，实例中只针对单个砝码进行了分析，砝码组其他砝码选择衡量仪器时，可参照上述方法，根据各单位的实际情况，进行分析后，选择适合质量传递的衡量仪器。

[1]JJG 2053-2006质量计量器具检定系统框图[S].

[2]JJG 99-2006砝码[S].

[3]姚弘.砝码[M].北京:中国计量出版社,2007.

[4]JJG 98-2006机械天平[S].

[5]JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].

[6]JJG 1036-2008电子天平[S].