电子天平测量结果不确定度分析及评定

2021-11-17李明辉

中国科技纵横 2021年17期

李明辉

（博兴县计量测试检定所，山东滨州 256500）

0.引言

计量在日常生活中随处可见，计量总会伴随着误差，随着计量技术的发展，自1970年以来，越来越多国际计量学者认识到“不确定度”比“误差”更能科学地表示测量值与实际值的差别[1]。自此，不确定度开始作为标准广为流传。国际计量局在20世纪80年代左右发表INC-1（不确定度使用建议书）。20世纪90年代初ISO出版的《测量不确定度表示指南》得到了七个国际组织的批准，是国际组织的重要文献。我国的计量技术紧跟国际潮流，于20世纪90年代末颁布了相应的测量不确定度评定技术规范。从此，对不确定度的评定工作成为实验室校准工作最重要的工作之一[2]。本文的主要内容是电子天平的不确定度来源分析和不确定度评定方法，计算得到实验室电子天平的不确定度评定结果。

1.概述

CBTC系统依据JJGIO36—2008《电子天平检定规程》对最大量程为Max=220g，实际最小分度值d=0.001g，e=0.01g的Ⅱ级电子天平进行计算，评定分析其不确定度，实验用到的砝码为标准E2级砝码。进行不确定度评定时的环境湿度小于80%RH；温度区间为18℃～23℃。

2.不确定度评定方法

2.1 数学模型

Δm=m-ms

其中，Δm—电子天平示值误差；

m—电子天平示值；

ms—标准砝码实际质量。

灵敏度系数为：

2.2 不确定度来源分析

2.2.1 标准砝码的不确定度评定

标准砝码出厂后，其存放以及实验期间，会出现磨损、生锈等一些问题，使标准砝码的实际质量发生改变[3]，由标准器具产生的误差引入的不确定度计算方法如下：

式中：a—标准砝码最大允许误差区间的半宽度，k—正态分布的置信因子。

2.2.2 天平重复性引入的标准不确定度评定

多次测量的结果产生误差是不可避免的，由此产生的不确定度u1评定时，采用 A 类方式进行计算[4]。首先对天平50g载荷点进行10次重复性测量，测量结果：x1，x2，x3…x10。然后对测量结果进行均值与标准差计算：

式中：—n次测量的平均值。

即，由重复测量产生的误差而引入的不确定度值为：

回望2013年，在水利部的大力支持下，辽宁水利克服了经济环境不佳、洪涝灾害严重等不利影响，完成投资182.5亿元，全力打造“建设、管理、服务”三位一体的水利综合保障体系，为全省经济社会发展提供了有力支撑。

2.2.3 天平分辨力引入的标准不确定度评定

采用B类评定方法计算其不确定度，由于分辨力产生的误差可近似地看做均匀分布，k取，那么天平分辨力产生的误差带来的不确定度计算方法为：

式中，d—电子天平的分辨力。

2.2.4 天平偏载误差引入的标准不确定度评定

根据标准规程，天平测量结果中最大的结果与最小的结果的差小于等于±1e（e为检定分度值），半宽a=0.5e，测量时放置砝码的位置一般都会靠近托盘形状的几何中心，由此产生的偏载量比做偏载试验时少得多，假设实验时的偏载误差为偏载试验的1/3，服且实验服从均匀分布，包含因子，可得：

2.2.5 温度、振动等因素带来的标准不确定度分量

根据JJGIO36-2008标准规程中对环境温度、湿度的要求，对Ⅱ级电子天平进行50g载荷点不确定度分析实验时，采用的实验室环境都符合标准要求，所以，由温度、湿度、振动等因素影响产生的不确定度在该实验中可以忽略[5]，即 u4(m)=0。

2.2.6 空气浮力引入的标准不确定度分量

空气浮力引入的标准不确定度分量：空气浮力引入的质量误差修正量 mρ=(Vt-Vr)(ρa-ρ0)。式中，Vt—被测砝码体积；Vr—标准砝码体积；ρa—潮湿空气密度；ρ0—空气密度参考值，ρ0=1.2mg/cm3。根据JJGIO36-2008标准规程，由于空气浮力产生的实验误差小于待检定砝码的最大允许误差的1/9时，可忽略空气浮力产生的误差，即实际计算式认为mρ=0，在E2等级砝码实验测试中相应的空气密度对不确定度评定的影响非常小，因此可以不做空气浮力修正[6]。则u5(m)=0。