天平砝码检定误差原因分析及改进措施

【摘要】天平砝码是常用的计量标准装置之一，用于检定和校准各类称重设备。在天平砝码检定过程中，经常会出现误差，影响着测量结果的准确性和可靠性。本文深入分析了天平砝码检定误差产生的原因，并提出相应的改进措施，以期有效改善天平砝码的检定精度。

【关键词】计量检定；天平砝码；误差

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.063

Analysis and Improvement Measures for the Errors in the Calibration of Balance Weights

YAO Jixiong

（Loudi Metrological Testing and Verification Institute， Loudi 417000， China）

Abstract： The balance weight is one of the commonly used metrological standard devices for verifying and calibrating various weighing equipment. However， errors often occur during the calibration process of balance weights， which affects the accuracy and reliability of measurement results. This article deeply analyzes the reasons for the calibration errors of balance weights and proposes corresponding measures to effectively improve the calibration accuracy.

Keywords： metrological verification； balance weight； error

在科学实验、工业生产以及商品交易等领域，准确的测量结果是保证产品质量、判断实验结论和维护公平交易的基础。而天平砝码则承担着作为计量标准来检定和校准其他物体质量的重要任务。因此，对天平砝码进行准确的检定是确保测量结果可信度的关键步骤。通过对砝码进行定期检定，可以验证其准确度，并且及时发现并纠正由于使用过程中引起的误差。这样可以保证天平测量系统始终处于可靠和精确的状态，从而提高实验数据和产品质量的可靠性。

首先，天平砝码检定对于保证质量控制具有重要意义。在各个行业，准确测量物体质量是非常关键的。因此，通过对天平砝码进行周期性检定，可以有效地控制产品质量，并保证生产过程中各项指标符合标准要求。其次，天平砝码检定对于科学研究具有重要意义。在科学实验中，往往需要对试验样品进行精确测量以获取可靠数据。而这些数据又是科学理论验证和推进的基础[1]。如果天平砝码存在误差，将直接影响实验结果的准确性和可重复性。最后，天平砝码检定还可以保障经济效益。在生产过程中，如果使用不准确或不稳定的天平进行质量控制，则可能导致产品质量下降、生产成本增加甚至是产品召回等问题。而这些问题都会给企业带来巨大的经济损失。通过对天平砝码进行精确检定，可以及时发现和纠正天平偏差，避免因质量问题而造成的经济损失。

2.1温度、湿度等环境因素

温度是一个常见且重要的环境因素，它对天平性能产生直接影响。温度变化会导致物体的体积和密度发生变化，从而可能引起天平示值的偏差。当温度升高时，物体的体积会膨胀，密度减小；当温度下降时，则相反。这种体积和密度的变化会导致天平测量结果与真实值之间存在差异[2]。同时，湿度也是一个不可忽视的环境因素。湿气可以引起物体表面黏附水分，并改变物体的质量。特别是在高湿度环境下，水分会在砝码表面形成一层细微的水膜，在称量过程中可能导致示值上升或下降。此外，经过长时间使用，湿气还可能使砝码产生锈蚀，进一步影响其质量和准确性。除了温度和湿度，其他环境因素（如大气压力、振动）等也可能对天平性能产生一定的影响。

2.2砝码材料和制造工艺不合理

首先，砝码的材料选择对其精度至关重要。常见的砝码材料包括铁、铜、不锈钢等。然而，在实际应用中，由于成本、加工难度等因素，一些低质量或者不适合的物质被作为制作砝码的材料。这些材料可能存在着密度变化、带有磁性或者发生化学反应等问题，从而引入了额外的误差。其次，制造工艺对于砝码的准确性也有很大影响。在制造过程中，如果没有严格控制温度、湿度以及其他环境因素，则可能会导致砝码表面出现氧化、腐蚀或者变形等问题。这些表面缺陷会影响天平读数，并引入额外的误差。最后，砝码的形状和尺寸也会对其准确度产生影响。如果砝码的形状不规则或者尺寸精度不高，那么在校准过程中就会出现较大的误差。因此，在制造砝码时，需要严格控制形状和尺寸的精度，以保证其准确性。

2.3砝码使用过程中磨损和老化

砝码在使用过程中，经常与其他金属物体接触或摩擦，这会导致其表面出现微小的划痕和磨损。这种磨损会导致接触面积减小或表面发生改变，进而影响到天平测量结果的准确性[3]。在砝码表面形态发生改变时，由于形状不规则或者表面存在划痕等问题，与待校验物体接触的方式可能会发生变化。这种变化会导致接触点的位置不准确或者接触面积不均匀，进而引起测量结果的偏差。由于砝码通常由金属制成，其材料性质可能随着时间推移而发生变化。例如，金属材料在长时间使用过程中可能会发生塑性变形、晶粒尺寸增大、结构腐蚀等现象。这些变化会导致砝码的质量和密度發生变化，进而影响到天平测量结果的准确性。金属材料还可能因为氧化、腐蚀等原因而导致砝码质量改变。这种质量的改变同样会影响到天平读数，并引入误差。

2.4操作人员技术水平

首先，操作人员对天平使用方法的掌握程度直接关系到砝码检定过程中出现误差的概率。如果操作人员不熟悉天平的使用方法，可能会导致读数不准确，进而引发误差。例如，在放置砝码时，如果没有正确地将砝码放置在天平托盘上，并未确保其与托盘之间没有杂物干扰，就会导致读数错误。其次，对于天平零点和灵敏度等参数的不当调整也会带来误差。再次，操作规范性也是影响砝码检定误差的重要因素之一。在进行砝码称量前如果没有预先校准并调节好天平零点，可能会因为零点不准确而引起误差。最后，操作人员对实验环境和仪器设备的了解程度也会对砝码检定产生影响。操作人员需要了解实验室内温湿度、电磁场等环境因素对检定结果产生的可能影响，并采取相应的措施进行校正或者调整，此外，对于仪器设备的性能特点和使用限制也需要有一定的了解，以便在实际操作中避免出现误差。

3.1加强温度、湿度等环境因素的控制

首先，要确保检定实验室内部的温度和湿度能够保持相对稳定。在天平砝码检定过程中，应该尽量控制实验室内部的温度在一个较为稳定的范围内，并采取合适的措施来防止外界温度变化对实验室内部温度造成影响。为了减少湿度对天平砝码检定结果的干扰，应该尽量控制实验室内部湿度在一个适宜的范围内，并采取必要的措施来防止湿度变化对实验室内部湿度造成影响[4]。其次，大气压力的变化会导致砝码受到空气浮力的影响，进而产生误差。对此，可在实验室内设置恒定的大气压力环境，对于在特殊情况下的检定需求，进行相应修正计算。再次，振动对砝码检定结果会产生影响，为了降低振动可以将天平和砝码放置在稳固的台面上，并使用减震装置，避免出现人员活动、机器运转等产生的振动。最后，在加强温度、湿度等环境因素控制方面，可以选择安装恒温恒湿设备。通过安装恒温恒湿设备，可以实现对实验室内部温度和湿度的精确控制。这样可以有效减少温度、湿度等环境因素对天平砝码检定结果的影响。

3.2使用高精度材料，优化制造工艺

首先，选择高精度材料是减少天平砝码检定误差的关键因素之一。目前市场上存在许多不同材质的砝码，如铁、铜、不锈钢等。其中，不锈钢具有较好的抗腐蚀性和稳定性，能够保证长期使用时不易生锈或变形，从而提高了天平砝码的准确性。此外，还可以选择具有更高密度和更好机械强度的材料，以增加砝码的质量稳定性和重复使用寿命。其次，在制造工艺方面进行优化也能够有效改善天平砝码的检定误差。传统制造工艺中存在许多可能导致误差产生的因素，如铸造时温度控制不准确、模具设计不合理等。通过优化这些制造工艺，可以降低砝码的制造误差，并提高其准确性和稳定性。对于不锈钢材料的选择，可以考虑采用高纯度的不锈钢材料，并进行精密加工和抛光处理，以保证砝码表面的光滑度和平整度。同时，在铸造过程中，需要严格控制铸模温度、冷却速度等参数，以确保砝码的尺寸精确度和质量稳定性。最后，在模具设计方面，可以采用先进的数控加工技术，提高模具的精度和制造效率。除了材料选择和制造工艺优化外，还应加强对天平砝码的质量检测，通过建立完善的检测体系和标准化操作流程，对每一批次生产出来的天平砝码进行严格检验，确保其准确性符合规定要求。同时，在使用过程中也要注意对砝码进行定期校准和维护，及时发现并解决可能存在的问题。

3.3加强砝码使用中的检修维护

首先，对于新购买的天平砝码，在使用之前应进行首次检定，可以将其与已经检定过的标准砝码进行比较，如果超出允许误差，则需要对其进行调整或更换。其次，在日常使用过程中，应定期进行天平砝码的检查和校准[5]。一般来说，每个月或每季度都应该进行一次期间核查，可以通过将天平砝码与核查标准进行比较来完成，如果发现有明显误差，则需要及时采取措施进行调整或更换。最后，在使用过程中还需要注意以下几点：1）避免频繁移动和碰撞。天平砝码在使用过程中应尽量避免频繁移动和碰撞，以免造成其内部结构的松动或损坏。2）防止腐蚀和污染。天平砝码应存放在干燥、清洁的环境中，避免接触到腐蚀性物质或污染物，以防止其表面受损或产生误差。3）定期清洁。定期对天平砝码进行清洁是必要的。可以使用一些温和的清洁剂和软布轻轻擦拭其表面，以去除尘土和污垢。4）储存合理。在不使用天平砝码时，应将其储存在干燥、无尘的地方，并且需要注意避免长时间堆放或压力过大，以防止形变或损坏。

3.4加强培训并改进检定管理制度

为了保证操作人员具备专业的技能和知识，需要加强对操作人员的培训。应制定详细的培训计划，明确培训内容、方式和时间安排。培训内容可以包括天平砝码的结构原理、使用方法、常见问题及处理方法等方面的知识。同时，还要选择有经验且技术过硬的专业人员担任培训师，在实际操作中进行示范指导，并对操作人员进行实践演练，以提高其实际应用能力。此外，还可以组织相关知识竞赛或交流会议，促使操作人员相互学习、交流经验，不断提升自身技术水平。

建立完善的检定管理制度是确保天平砝码检定误差改进的关键。首先，应明确检定流程和标准的操作步骤，并将其编写成操作程序，供操作人员执行。这样可以确保每个环节都按照规定进行，并有明确的责任分工。其次，应建立健全的质量控制体系，对天平砝码的采购、使用、维护和校准等方面进行管控。例如，在采购环节，应选择合格可靠的供应商，并对砝码进行严格验收；在使用环节，要求操作人员按照操作程序使用天平砝码，并及时记录相关数据；在维护和检定环节，要制定相应的计划和程序，确保天平砝码处于良好状态。最后，还可以建立检定结果追踪机制，对每次检定结果进行记录和分析，通过统计和分析检定结果中存在的误差类型、频率以及原因等信息，找出问题所在并提出改进措施，同时，还可以借助先进的技术手段如数据分析软件来辅助分析工作。

综上所述，引起天平砝码检定误差的原因主要包含仪器设备问题、温度湿度等环境因素、长时间使用产生的老化磨损及操作人员技术水平不高等。本文通过深入分析，可以帮助相关人员更好地认识到问题所在，找出解决问题的关键点，并有针对性地采取措施进行改进，这对于提高计量检定工作的效果具有重要意义。

【参考文献】

[1]闫昱桦.计量检测标准中天平砝码检定误差原因与控制[J].中国标准化，2023（2）：155-157.

[2]栾克举.计量检测中天平砝码检定误差原因与控制研究[J].中国标准化，2023（8）：185-188.

[3]姜海明.计量检测中天平砝码检定误差原因与控制[J].大众标准化，2022（1）：184-186.

[4]白巴根那.计量检测中天平砝码检定误差原因与控制研究[J].数码-移动生活，2021（4）：328.

[5]撒媛.对计量检测中天平砝码检定误差原因与控制的思考[J].商品与質量，2021（9）：221.

【作者简介】

姚继雄，男，1976年出生，工程师，学士，研究方向为计量检定与校准。

（编辑：李加鹏）