兩種電子天平校準方法的差異分析

電子天平是一種高精度的測量儀器，廣泛應用于各種實驗室和工業生產中。為了確保電子天平的測量精度，需要進行定期的校準。

JF1847-2020《電子天平校準規范》發布實施之前，關于電子天平的校準沒有專門的技術規范，主要依據的是JJG1036-2008《電子天平檢定規程》中的相關部分。

隨著電子天平涉及領域對其準確度要求的提高，高精度電子天平的紛紛涌現，規程中的校準方法并不能很好地表現電子天平的計量特性，為了跟上社會發展的步伐，滿足客戶對高精度電子天平的校準需求，市場監管總局組織起草發布了規范。本文主要對規程和規范中電子天平兩種校準方法的區別進行分析比較。

一、規程與規范兩種校準方法的區別

依據JJG1036-2008方法開展電子天平的校準工作時，要求標準砝碼的擴展不確定度不得大于電子天平在該載荷下最大允許誤差絕對值的1/3。JJF1847-2020則要求標準砝碼經校準且具有包含不確定度的校準證書，或者經檢定合格且具有檢定證書。在校準過程中標準砝碼的選擇，也主要是根據最大秤量Max與實際分度值d的比值確定。

關于校準項目，規程與規范兩者方法略有不同，下面一一進行分析:

1.示值誤差

在進行示值誤差測試時，規程與規范要求從零載荷加至最大秤量，選擇的試驗載荷點應等間距，均包括零點、最大秤量點或接近最大秤量點。但是，規程還要求包括最小秤量、接近最大允許誤差改變點試驗載荷點。特別應注意的是，規程在加載過程，不能使電子天平處于空載狀態。規范則提出測量過程中的每一步可卸載載荷，每次加載前秤盤應清零，或者也可以不卸載載荷。

2.重復性

依據JJG1036-2008進行重復性試驗時，通常選用不小于80%Max的試驗載荷，而JJF1847-2020則要求試驗載荷在接近50%Max到接近100%Max之間選取即可。

3.同載荷在不同位置的示值誤差

在評定電子天平測量結果的不確定度時，依據JJG1036-2008方法校準，并沒有進行此項試驗。而JJF1847-2020要求將同載荷在不同位置的示值誤差引入的不確定度分量考慮進來，通過不同位置的示值與中間位置示值的最大差值來表示示值誤差。

二、不確定度分析比較

以最大秤量Max=220g，實際分度值d=0.1mg的電子天平為例，對試驗載荷200g的點進行不確定度評定，評定過程中所用標準砝碼為E₂等級。

1.測量模型

E=I-m_ref

式中:E——示值誤差，g；I——測量結果值，g；m_ref——參考質量值，g。

對200g的試驗載荷進行10次重復性測量，結果(單位:g)分別為200.0001、200.0002、200.0001、200.0002、200.0003、200.0002、200.0001、200.0003、200.0001、200.0002。

選用100g的試驗載荷進行同載荷在不同位置的示值誤差的測量，記錄每個位置的示值(單位:g):100.0002(中間)、100.0002、100.0002、100.0002、100.0002。

以上各項不確定度分量相互獨立不相關，合成標準不確定度為

取包含因子k=2，則擴展不確定度為

U₁=ku_c1=0.2mg

3.按照JJG1036-2008進行測量結果的標準不確定度評定

不確定度匯總如表2所示。

以上各項不確定度分量相互獨立不相關，合成標準不確定度為

取包含因子k=2，則擴展不確定度為

U₂=ku_c2=0.2mg

三、小結

通過以上結果可看出，依據JJG1847-2020與JJF1036-2008電子天平的兩種校準方法得出的示值誤差的擴展不確定度差別很小。分析比較發現，前者比后者多引入了加載示值的化整誤差、空氣浮力、砝碼不穩定性、同一載荷在不同位置的重心偏離4種不確定度分量。其中，前3種不確定度分量微乎其微，當校準人員進行同載荷不同位置的示值誤差測量，沒有產生由于加載砝碼不當引起重心偏離時，也就是同一載荷在不同位置的重心偏離引入的不確定度分量為零時，兩種方法得出的最終結果近乎一樣。

因此，在日常開展電子天平的校準工作時，當不存在人員加載砝碼引起的重心偏離這一情況時，筆者認為這兩種校準方法區別不是太大，可以任選其一；否則建議依據JJF1847-2020進行校準。

另外，外部校準適用于對電子天平測量精度要求較高的場合，可以提供準確可靠的校準結果。而內部校準適用于日常使用和維護，可以方便快捷地進行校準，及時發現和解決問題。因此，在實際應用中，應根據具體情況選擇合適的校準方法。