机械天平测量结果的不确定度评定与表示

孟令帅 高燕 王晓晓 刘德成 张云龙

【摘要】本文依据新的JJG 98—2019《机械天平》检定规程，选取实验室中稳定的机械天平为测量对象，建立机械天平测量模型，对影响机械天平不确定度的来源进行计算分析，最后合并得出该称量点测量结果的不确定度。

【关键词】机械天平；测量设备；不确定度

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.076

Evaluation and Expression of Uncertainty of Measurement Result of Mechanical Balance

MENG Lingshuai， GAO Yan， WANG Xiaoxiao， LIU Decheng， ZHANG Yunlong

（Weifang Institute of Metrology and Measurement，Weifang 261061，China）

Abstract： According to the new verification regulation JJG 98—2019 Mechanical Balance， the stable mechanical balance of the laboratory is selected as the measurement object， the measurement model of mechanical balance is established， the source of the uncertainty of the mechanical balance is calculated and analyzed， and the uncertainty of the measurement result of the weighing point is finally obtained.

Keywords： mechanical balance； measuring equipment； uncertainty

目前，機械天平仍然作为计量技术机构和企业的计量标准器具被使用，特别是在一些安全程度要求较高、需要精密称量的生产加工领域。因此，在使用机械天平称量过程中，为获得更准确的测量，获得该称量点的测量结果的不确定度是至关重要的一项工作。

利用杠杆平衡原理对物体质量进行测量，是机械天平的工作原理[1]。本文选取一种没有阻尼器的机械天平，依据规程建立测量模型，测量过程中，把天平灵敏度、天平测量重复性、环境条件变化以及天平横梁不等臂性误差作为考虑的不确定度来源分量，分析评定机械天平在测量过程中产生的不确定度。

1.1测量依据

JJG 98—2019《机械天平》检定规程。

1.2环境测量条件

温度：（20±3）℃，温度的起伏波动≤0.5℃/h，湿度应不大于75%。

1.3测量标准

实验中选用的标准砝码为E2等级。测量中标准砝码的选取，应根据JJG 98—2019《机械天平》检定规程中对标准砝码的扩展不确定度（k=2）的要求，其不得超过被校机械天平在相应载荷下最大允许误差绝对值的1/3。

1.4测量对象

选取TG31型机械天平作为被测对象，该型天平为无阻尼式普通标尺，其检定标尺分度值为e=0.5 mg，最大秤量为1000 g。

1.5测量方法

采用直接测量的方法，即该测量点的示值误差可以通过相应的标准砝码，直接用天平测量得到。

1.6评定结果的使用

测量不确定度对应每一测量结果，通常报告测量结果时，测量不确定度都用扩展不确定度表示，除了规定约定外，不同参数、不同测量范围的相关量值应分别给出相应的测量不确定度[2]。

2数学模型

任选2台相同型号的TG31机械天平，分别对每台机械天平进行3组测量，规定每组测量在重复性测量条件下，均连续测量10次，共计获得6组测量序列。按照上述方法对得到的每组测量列分别进行计算，一共得到6个单次实验标准偏差，如表1所示。

由于经检定合格的普通标尺天平横梁不等臂性误差不超过6个分度，通常情况下不进行添加小砝码测量，故上述公式可以简化为：

可以参照上述方法对天平其他称量点的测量进行评定分析。另外，示值误差测量结果的末位应与其测量不确定度的末位对齐，当第一位有效数字是1或2时候，应修改后保留二位有效数字，对测量要求不高的情况下，可以适当保留一位有效数字[4]。

7结束语

本文结合新的机械天平检定规程重新对机械天平测量结果的不确定度评定表示，从评定分析中注意到，天平示值重复性、环境条件变化以及天平横梁不等臂性误差对测量结果不确定度的影响比较大，尤其是环境条件变化，所以在平时的测量中，加强环境条件正确控制显得尤为重要。不论是企业还是计量技术机构，都应充分考虑环境条件对测量结果不确定度的影响，在机械天平的使用过程中，加强实验室环境条件的实时监控，保证工作台平稳、坚固，实验室不受气流、磁场、振动等环境影响，可以有效减少环境变化对测量结果的影响，进而提高测量结果的精确性和可靠性。

【参考文献】

[1]机械天平：JJG 98—2019[S].

[2]测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1—2012[S].

[3]砝码：JJG 99—2022[S].

[4]叶德培，丁跃清，黄耀文.一级注册计量师基础知识及专业实务（第4版）[M].北京：中国质检出版社，2017.

【作者简介】

孟令帅，男，1986年出生，一级注册计量师，工程师，硕士，研究方向为机械天平、电子天平、砝码、数字指示秤、水分测定仪等力学、化学计量。

（编辑：李加鹏）