测量不确定度在机械天平计量检定中的应用研究

邱文静 张楠

1.承德市质量技术监督检验所 河北承德 067000

2.承德市纤维检验所 河北承德 067000

1 机械天平测量不确定度的评定

1.1 测量方式

根据JJG98-2006 机械天平检定规程显示，可选用标准砝码来对天平的数值进行直接测量，由此可以得到天平实际数值与标准砝码数值之间的差距，之后利用计算，可以求得天平的测量示值误差。与此同时，需要人们注意的是，得出的误差数值会受到各种因素的影响，需要利用数学分析模型进行辅助分析才可以得出不确定度分量。在本次研究过程中，以分度值为0.1mg、最大称量值为200g 的机械天平为例，进行深入研究[1]。

众所周知，机械天平的测量数值具有横梁不等臂性以及重复性误差，并且分度值与标尺分度值分别具备独立的计算公式，下面便对机械天平测量方法进行介绍，其中单位未经特殊标注，一律为毫克。

空称时在天平左盘上测量得出分度值与全称量时在天平左盘上测量得出的分度值的差：

空称时在天平右盘上测量得出分度值与全称量时在天平右盘上测量得出的分度值的差：

全称量时在天平左盘上测量得出分度值与全称量时在天平右盘上测量得出的分度值的差：

空称时在天平左盘上测量得出分度值与空时在天平左盘上测量得出的分度值的差：

针对天平横梁的不等臂误差相应计算公式为：

针对天平标尺分度值误差相应计算公式为：

1.2 对天平不确定度分度进行测量评定

根据机械天平检定规程开展分析，可以知晓，机械天平不确定度的主要分量分别是标准器误差产生不确定度、机械天平本身有误差产生不确定度、读数过程有误差产生不确定度、操作步骤有误差产生不确定度以及温度变化产生不确定度等等。

（1）针对天平由于标准器误差产生的不确定度U1进行评定。根据JJG98-2006 机械天平检定规程中表明，200gF1等级标准砝码的扩展不确定度应当低于0.6mg，其中包含因子k 应当为3，由于标准器误差产生的不确定度U1=1/k×0.6=0.2mg，其中自由度V1数值为5。

（2）针对天平由于自身误差产生的不确定度U2进行评定。天平自身数值的不确定度主要由于天平示值具备变动性，也就是所谓的天平测量重复度，根据相关规程标准可以知道，自由度V2数值为50，U2=0。

（3）针对天平由于读数过程误差产生的不确定度U3 进行评定.如果指示装置的分辨率在标准装置内部的数值为 Δd ，则该指示装置的不确定度应为0.29 Δd ，在一般情况下，天平的检定计量设备分辨率最小值应当是标牌分度最小值的百分之十，但同时由于天平自身误差的不确定度数值为0.1mg。则对于读数过程产生的误差值应当按如下公式进行计算：U3=0.29×0.1÷10=0.03mg，其自由度V3的数值为50[2]。

（4）针对天平由于温度变化过程误差产生的不确定度U4进行评定。根据相关规定严格表明，温度的变化也会给机械天平的示值的准确度具备一定程度的直接影响。一般情况下，不确定度U4的数值往往低于0.1mg，且自由度V4的数值为50。

（5）天平由于合成标准原因的不确定度：

其中有效自由度V 的数值为100。

（6）针对扩展不确定度进行评定。根据有效自由度V 的数值为100，置信概率p 取95%，查询分布表t 可以明确得知，Kp 的数值为1.984，而扩展不确定度U95的数值为：0.24×1.9=0.48mg。

（7）针对机械天平的扩展不确定度。该机械天平检定装置扩展不确定度为：

U95=0.48mg，其中Veff=100。

2 在机械天平检定计量过程中测量不确定度的具体应用

选取一台最大称量值为200g 且分度值精确为0.1mg 的TG328B 机械天平，在标准正常的工作条件下，使用装置首先对一组数据展开检定工作，而后利用其他正常设备再次检定，得出以下检定结果进行对比，如表1 所示。

表1 检定对比结果表

由表1 可明显看出，两组数据中差值最大的便是空载变动性为0.1mg，根据公式可知：

3 结语

在对机械天平进行检定计量工作过程中，工作人员选择的测量仪器的准确性以及评定的测量不确定度将会直接决定检定结果质量的好坏，准确的计量标准器在一定程度上可以大幅提升检定结果的准确度。如若想要构建计量标准或者确定某一物质的量时，必须要对任何一个环节的质量控制进行严格把控[3]。工作人员可以按照相关规定规范对测量不确定度进行适当简化，进而提升检定计量工作的效率以及质量，全面实现社会的量值统一精确。