试论专用砝码校准与测量值的不确定度评定

杨璐 石岩 石磊 冯培培

河南省计量科学研究院 河南郑州 450000

机械天平作为化学实验以及一些科研工作中的专用称重仪器，其成分配比满足相应的要求对于产品质量会产生一定的影响，对称重仪器进行计量校准，关系着实验的成功。现阶段的半自动机械加码电光天平已经在相关行业获得了广泛应用。尤其是在医院、制药公司、环境监测等方面应用较多。根据《测量不确定度评定与表示》的技术规范要求，结合《砝码》鉴定规程，采取TG328A型号的机械天平来充当测量仪器，所用100gF2等级砝码为具体的实验对象，以此来构建相应的砝码数学模型，探究相关的影响测量结果的相关不确定度分量进行有效分析，最后得出F2等级砝码的质量测量不确定度是否符合相关要求，验证相关机械天平的测量可靠性和准确性。

1 研究概述

具体的砝码校准和不确定度的评定主要依据的是JJG99-2006《砝码》中的相关评定标准，并以JJG98-2006《机械天平》中相关检定规程指导具体的砝码校准和不确定度评定工作。

环境要求：为保证实验不受环境的影响，提升校准的准确性和有效性，根据相关的检定规程，将环境温度控制在18-26℃，温度波动好保持在0.5℃/h的幅度，环境湿度控制在（30-70）%RH范围内。

测量标准：F2等级专用砝码的测量范围在1mg-500g范围内，根据《砝码》中的相关规程，砝码的扩展不确定度U极限值一般为0.006-0.8mg，覆盖因子k=2。

检测对象：F2等级专用砝码。

测量过程：针对这一等级的砝码进行测量的过程中，主要选用的测量方法为单词替代称量法，实验中由两人分别对于同一天平进行操作使用，将实验砝码分别放在天平两端，采取的是同标称质量的专用砝码，这样就能获得标准砝码以及被测砝码之间的差值大小，最后将两人测量的的算数平均值加上砝码的质量值就是对于该砝码测量的最终结果。

2 专用砝码的校准程序设计

根据《砝码》中对于砝码校准的相关规程，按照专用砝码的测量精度要求对于相应等级的砝码精准度要求进行把握。例如，针对企业送检专用砝码。其要求测量误差必须要控制10g以内，在实验校准中，使用大量程电子天平，对于专用砝码进行称重，测量的质量为143.4kg根据相关的鉴定规程要求，这种专用砝码的最差允许误差范围为7.15g，这一范围符合砝码测量对于精度的要求，因此，可以选择这种鉴定方法进行校准。

在标准天平中使用该等级的专用砝码装置中的一台天平，其最大承重为200kg，分度值d=1g，选择质量不等的F2等级的法案，包括20kg七个、2kg一个、1kg一个、200g两个。使用ABA法进行测量，循环次数为1。得出下列的表格数据

表1 ABA法测量值

这三个数值分别指的是第一次放入标准砝码的测量值、防止被检测砝码的测量值以及第二次防止标准码的测量值，根据相关的数值计算得出标准砝码的修正值为0.36g，标准砝码的折算质量值为143.436kg，加上修正值后，得出的最终的检测结果为143.459kg。

3 专用砝码的不确定度评定

通过对于相关《测量不确定度评定与表示》中的规定，将不确定度评定划分成A类和B类，而这里的A类主要是按照对被测量的一系列测得数值获得标准偏差的过程，B类评定主要是按照相关信息对于先验概率分布机型估计，计算出相应的标准偏差估计值的过程，通过专用砝码的测量模型，将测量值的不确定来源概率为四点：

表2 不确定度来源

在实验中，实施五次ABA大的重复性测量，并计算得出相应的测量过程的质量差值，具体测量的质量差值分别为0.023/0.022/0.023/0.021/0.022kg，考虑到F2等级专用砝码的校准程序主要为单次测量，因此对于测量重复性引入的标准不确定度计算得出为0.58g。就F2标准砝码的不确定度来看，主要由标准砝码检定结果的不确定度以及质量不稳定性造成的不确定度，在《砝码》的检定规程中，指出了标准砝码的扩展不确定度不能超出砝码最大允许误差的三分之一，所以对于这一标准不确定度可以取六分之一的砝码最大允许误差，现在，已经知道这一专用砝码的标准砝码最大允许误差为2.15g，那么计算得出的标准不确定度值为0.36g，而质量不稳定性造成的标准不确定度为0.41g。在计算相关的空气浮力引入的不确定度中，通过公式计算得出这一不确定度值为0.05g,而标准天平引入的不确定度为0.41g，扩展不确定度的计算得出的数值为2g。最终得出专用法案的校准结果报告中，专用砝码的折算质量值为143.459kg，而砝码的扩展不确定度U极限值一般为2g，覆盖因子k=2。根据《砝码检定规程》相关检定规程要求，测量标准要求F2等级专用砝码的测量范围在1mg-500g范围内，根据《砝码》中的相关规程，砝码的扩展不确定度U极限值一般为0.006-0.8mg，覆盖因子k=2，这与具体的该等级的砝码的相关不确定度的规程相对应，验证了砝码的有效性。

4 总结

在具体的专用砝码的校准以及不确定度的检定中，采取有效的检定方法，能够提升测量精度要求，通过参照相关的不确定砝码检定方法规程对于砝码进行校准程序的设计以及不确定度的评定，才能获得和实际砝码情况最接近的评定结果。