浅析天平砝码的检定与校准

浅析天平砝码的检定与校准

摘要： 正确使用电子天平的关键是要在使用前检定与校准电子天平。本文依据JJG1036-2008《电子天平》检定规程着重从电子天平的原理和性能要求来分析电子天平的检定与校准。

随着实验室对电子天平应用越来越普遍，其测量的准确性、可靠性也就愈为重要。在检定（测试）中我们经常发现，对天平进行首次计量测试时误差较大，究其原因是，有相当一部分仪器在较长的时间间隔内未进行校准，这时候用户刚好使用，则会认为天平显示零位便可直接称量。需要指出的是，电子天平开机显示零点，不能说明天平称量的数据准确符合测试标准，只能说明天平零位稳定性合格 [1] 。因此，对电子天平进行有效的检定与校准，是确保测量质量值准确并且实现顺利传递的保证。

2 电子天平计量性能的要求
2.1 标准器的选择
对电子天平进行检定时，应配备一组标准砝码，其扩展不确定并（ ＝2）不得大于被检电子天平在该载荷下最大允许误差绝对值的1/3。该标准砝码的磁性不得超过相应要求，砝码的磁性化率应该小于0.001。

2.2 根据天平自身的特性确定级别
个人认为计量人员就不能有千分之一、万分之一、十万分之一天平之说，按标准应该叫Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ天平。由于不同的生产厂家，各种品牌，型号，在天平出厂时对其最小称重的数量值给予不同的规定，也就对电子天平的检定分度进行了不同的规定，因此，在对电子天平进行检定时，应当首先根据出厂规定对其准确度等级进行确定。比如有的电子天平明确了实际标尺分度值 ，而未标明它的检定分度值e,这对于使用者来说会误以为 = ，认为电子天平能分辨出最小的值就是它本身能够称量的准确数值。而对于计量检定人员来讲，厂家说明书中没有明确 是多少时，确定电子天平的标尺分度值 非常关键，因为 是用来评定其准确度级别以及最大允许误差的依据：检定中若各项参数指标的最大示值误差均不大于1 ，我们确定 = ；如果各项参数指标最大示值误差均小于10 ，我们确定 =10 ，有时还需根据具体情况而定，比如当 :0.2mg时， =5 ；:0.5mg时， =2 。在对检定标尺分度值的划分上浅析电子天平的检定与校准应该按照以下形式：1×10 或2×10 或5×10 ，为正整数、负整数或零。我们把除了 = 以外的情况都归为≠ ,其中以 =10 见 [2] 。经过多次使用的仪器，在使用的过程中难免会出现偏移，而且这个误差会随着使用时间的增加而逐渐变化，因此，国际法制计量组织对使用期限内的仪器所允许的最大误差值做了规定，将其调整为初次检定的最大误差值的2倍。

3 电子天平的检定与校准
根据我国现行的国家检定规程《JJG 1036-2008电子天平》中电子天平检定项目主要有：外观、
偏载误差、重复性和示值误差，这些误差都有对应的误差允许范围。
3.1 外观检查
电子天平是对物质的质量进行分析及精密测量的质量仪器。检定前首先对电子天平进行目测检查，其中包括：计量特征、标记、天平的使用条件的地点是否合适等。依据国家检定规程，电子天平没有标注检定分度值 ，外观检定步就不合格。电子天平的工作台应当平稳和牢固，具有十分的刚度，同时具有一定的防震功效。电子天平存放的室内环境对于电子天平检定结果的准确度有着重大的影响。送检的电子天平，应当在指定的室内检定环境中平稳存放至24h以上，使电子天平内的机械结构趋于平稳，同时使电子天平的整机与检定的室内环境的温度和湿度相平衡，再进行检定或校准工作。

3.2 偏载误差
偏载误差就是在偏载测试时载荷在不同位置的示值误差。检定中分别对加载和空载的平衡位置进行计数并记录，每加一次载荷均应该反零一次，对同一载荷多次衡量结果之间的差值，不得超过电子天平在该载荷时的最大允许误差的绝对值。各载荷点的示值误差不得超过天平在次载荷时的最大允许误差，这样才算合格。载荷在不同位置的示值误差须满足相应载荷最大允许误差的要求。检定时分别把标准砝码放在四角，离中心1/2处，然后再放正中间，测量5个不同位置的示值，然后根据记录把最大误差的绝对值减去最小误差的绝对值，得出的结果偏载误差小于 按检定规程应该取偏载误差各点中的最大值作为最后的偏载误差。检定规程中按秤盘的表面积，将秤盘划分为四个区域，电子天平偏载误差检定位置示意图 [3] 见图1。图1 电子天平偏载误差检定位置示意图
3.3 重复性
重复性误差是指在相同的工作条件下，对同一个输入值在短时间内多次连续测量输出所获得的极限值之间的代数差。电子天平重复性检定应该在空载和加载状态下进行。电子天平是极精密的仪器，对于气流，静电、桌面震动、放歪、甚空气浮力等影响都要考虑在内，否则度，重复性会很差。对电子天平检定时，需要测试环境相对稳定，屏蔽外界干扰 [4] 。电子天平的重复性等于 - ，式中， 为加载天平示值误差的最大值， 为加载时天平示值误差的最小值， - ≤︱ ︱，重复性误差的计算结果是误差的最大值-最小值的绝对值，没有正负。在电子天平重复性检定中，重复性误差的计算结果是称量结果中的最大-最小或是称量误差的最大-最小 [3] 。例如：最大称量100g =0.1mg = 1mg
6次重复测量示值为： =100.0000g
示值 误差
99.9994 -0.6
99.9995 -0.5
99.9994 -0.6
99.9993 -0.7
99.9995 -0.5
99.9995 -0.5
重复性误差为99.9995-99.9993=0.2mg或-0.7-（-0.5）=0.2mg即0.2
3.4 示值误差
电子天平载荷点的最大允许误差包含电子天平“线性误差”的影响，也包含电子天平内校砝码，重复性及四角误差等多方因素的影响。示值误差是相对真值而言的，由于真值不能确定，实际上使用的是约定真值或实际值。为确定测量仪器的示值误差，当接受高等级的测量标准对其进行检定或校准时，应该测量标准器复现的量值即为约定真值，通常称为实际值、校准值或标准值。检定方法：用标准砝码采用直接测量法，检定电子天平各技术参数的示值，可得电子天平示值与标准砝码值之差，即为电子天平的示值误差。各载点的示值误差不得超过该天平在该载荷时的最大允许误差。无论加载或卸载，应保证有足够的测量点数，对于首次检定的天平，测量点数不得少于10点，对于后续检定或者使用中检定的电子天平，测量点数可以适当减少，但不得少于6点。计量检定人员，对电子天平进行检定时，如果电子天平各载荷点的最大允许误差超差，就完全可以判定该电子天平不合格。
3.5 电子天平校准
校准衡量一台电子天平合格与否需综合考虑其它技术指标的符合性。首先开机预热，然后按照说明书的操作程序对电子天平进行校准，校准完毕，仪器显示零位。对电子天平的校准工作，必须要以国家的检定规程作为参考，同时根据电子天平所具备的性能进行综合性的评价。为了使电子天平能够实现更高级别的度，在进行校准时，要参照生产厂家的说明书，以此作为依据对电子天平进行校准。
电子天平的主要功能就在于能够把被测量的物体质量进行转换，使其称重结果能够以一种与质量成正比的电子信号进行输出，并且以数字作为显示的形式，更加直观和简便。电子天平具备较多的特点，其中以功能齐全、测量速度快而且操作简单等特点成为了被广大使用者所接受和认可的依据。有一部分电子天平具有自动检测系统，能够实现对被检测的物品实际质量与其输出数字进行对比的功能，同时具备超载保护措施。电子天平的校准分为内校与外校两种，校准时常按CAL键，显示多少克，就放多少克砝码，如果是自动内校的电子天平按住CAL键就不会显示100g，电子天平直接校准，不用砝码。如果在校准中出现错误，电子天平显示器将显示“Err”，显示时间很短，应该重新清零，重新进行校准。下面以上海生产的勤酬BT系列电子天平为例说明如何对电子天平进行外校准。校准方法如下：电子天平开机自检时，轻按CAL键当显示器出现CAL时，即松手，显示器就会出现CAL—100其中“100”为闪烁码，表示校准砝码需用100g的标准砝码进行校准。此时就把准备好“100g”校准砝码放上称盘上，显示器即出现“···· ”等待状态，经过较长时间后天平显示器出现100.000g，这时卸走校准砝码，显示器应该出现0.000g，若显示器出现不是为零，清零，再重复以上校准操作。在校准时，为得到更准确的校准结果，一般重复以上校准操作步骤两次。日常工作中电子天平移动位置，天气差变化等都应该积极的进行自校或定期外校，保证其处于状态。

4 检定与校准结果的处理

电子天平检定或校准完成后，应根据实际检定、校准结果出具检定证书、校准证书或检定结果通知书。笔者认为出具证书或报告是一项非常严肃而且应负法律责任的事情，首先格式要规范，检测数据要真实。应该按照我国现行JJG1036-2008《电子天平》检定规程中的要求，检定合格的电子天平发给检定证书（见附录B电子天平检定证书内页格式），校准发校准证书，检定不合格的电子天平发给检定结果通知书（见附录C电子天平检定结果通知书内页格式），并注明不合格项目。电子天平的检定或校准周期一般不超过1年。

5 结束语
电子天平属于精密计量器具，对工作场合的温度湿度，防尘、防震、防腐蚀、抗干扰等环境条件有特殊的要求。随着科学技术的不断发展与创新，电子天平在质量计量中得到广泛应用，其具有自动校准，自动去皮，自动数据输出等优点，电子天平基本使用智能化键盘操作，检定人员必须仔细阅读生产厂家说明书的性能参数，并对其工作原理加以了解，再进行检定（校准）。电子天平作为一种重的计量器具也必然会在各个领域得到更加广阔的发展 [5] 。电子天平是质量量值进行测量的途径和工具，确保其计量性能符合使用要求时期所应当有的基本功能。本人根据日常工作检定与校准经验，对其进行了简单的分析，希望本文能够对同行计量检定人员日常检定工作带来启示。