實(shí)驗(yàn)室電子天平砝碼的檢定

1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/span>

1）  了解電子天平的主要檢定項(xiàng)目和步驟。

2）  掌握利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定電子天平及其數(shù)據(jù)處理。

2  實(shí)驗(yàn)儀器及材料

電子天平，標(biāo)準(zhǔn)砝碼，溫度計(jì)、濕度計(jì)和氣壓計(jì)等。

3  檢定內(nèi)容

3.1  檢定條件

1）砝碼

 應(yīng)配備組標(biāo)準(zhǔn)砝碼，其擴(kuò)展不確定度（k=2）不得于被檢天平在該載荷下zui允許誤差值的1/3。（標(biāo)準(zhǔn)砝碼的磁性也應(yīng)該有相應(yīng)要求）

2）分度值≤0.2°C的溫度計(jì)、相對(duì)準(zhǔn)確度≥5%的干濕度計(jì)。（本實(shí)驗(yàn)略去）

3.2  檢定環(huán)境條件

溫度、濕度、振動(dòng)、氣中水汽凝結(jié)和氣流及磁場等具體要求見JJG 1036-2008。

3.3  檢定前的準(zhǔn)備

1）調(diào)整電子天平后端兩個(gè)底腳高度，通過觀察水平泡，將天平調(diào)整到水平位置。

 2）接通電源，天平預(yù)熱，達(dá)到平衡、穩(wěn)定；

 3）行次預(yù)加載。

3.4  檢定項(xiàng)目

 主要根據(jù)天平檢定、后續(xù)檢定、使用中檢定等不同階段根據(jù)標(biāo)選擇檢定項(xiàng)目。JJG 1036-2008中的主要檢定項(xiàng)目有：外觀檢查、偏載誤差、重復(fù)性、示值誤差等，這里主要對(duì)后3項(xiàng)行檢定。

4  檢定方法及步驟

4.1  偏載誤差（檢定項(xiàng)目）

即載荷在不同位置的示值誤差須滿足相應(yīng)載荷zui允許誤差的要求。

1）試驗(yàn)載荷選擇1\3（zui稱量），需要說明的是這里略去了標(biāo)中的“zui加法除皮效果”，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的天平未帶有除皮效果指標(biāo)。優(yōu)選個(gè)數(shù)較少的砝碼，如果不是單個(gè)砝碼，允許砝碼疊放使用。單個(gè)砝碼應(yīng)放置在測量區(qū)域的中心位置，若使用多個(gè)砝碼，應(yīng)均勻分布在測量區(qū)域內(nèi)。

2）按圖1.1給出的天平偏載誤差檢定位置，稱量實(shí)驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)砝碼，間隔和穩(wěn)定時(shí)間見天平手冊(cè)。需要注意的是取放砝碼請(qǐng)使用夾子或是帶手套操作，以免引入操作誤差。

圖1.1  偏載誤差檢定位置示意圖

3）將所得數(shù)據(jù)記錄于下表

偏載誤差 ，（*）    標(biāo)：（，（*））

檢測方法：先在偏載的位置放10e（或zui小稱量）小砝碼記錄示值，再換上試驗(yàn)載荷砝碼記錄示值，用標(biāo)準(zhǔn)砝碼的示值誤差減去小砝碼的示值誤差就得到的修正誤差，為該位置的偏載誤差。

4）注意事項(xiàng)

n  本實(shí)驗(yàn)所用天平均為e = 10d，故不用考慮示值修約誤差（含在數(shù)字示值中的化整誤差），所以附加砝碼△L用不到，對(duì)需要考慮示值修約誤差天平用公式  E=I+1/2e-△L-L計(jì)算Ｅ就可以了。

n  附加砝碼是用來測試電子衡器的閃變點(diǎn)的，如e=10g的電子衡器，施加砝碼100g，電子衡器顯示為100g，此時(shí)你得逐施加0.1e的小砝碼直到電子衡器的示值從100g改變到110g。比如你施加了0.4e砝碼后，電子衡器的示值從100g改變到110g，這個(gè)0.4e砝碼就是你的附加砝碼。般電子天平的檢定分度值e和實(shí)際分度值d的關(guān)系式d≤e≤10d，在e=10d和e=5d的情況下，可以直接讀取電子衡器的示值而不需要施加附加砝碼來測試閃變點(diǎn)。

n  （*）表示點(diǎn)替代點(diǎn)，就是對(duì)有點(diǎn)跟蹤裝置的電子天平，使用該點(diǎn)代替點(diǎn)，般取10d或zui小秤量代替。

n  再用同樣方法測其他４個(gè)位置，要求各位置修正誤差均小于該量程的zui允許誤差。整個(gè)檢測過程中天平不能恢復(fù)空載，否則點(diǎn)跟蹤裝置會(huì)引入誤差。

4.2  天平的重復(fù)性（檢定項(xiàng)目二）

相同載荷多次測量結(jié)果的差值不得于該載荷點(diǎn)下zui允許誤差的值。

1）檢查天平的點(diǎn)跟蹤裝置是否處于工作狀態(tài)，如果未開啟請(qǐng)?jiān)O(shè)置為開啟。（參見天平手冊(cè)）

2）砝碼的質(zhì)量選擇80%-100%zui秤量的單個(gè)砝碼，測量次數(shù)不少于6次。

3）測量中每次加載前可置。（參見天平手冊(cè)）

4）測量數(shù)據(jù)記錄于下表。

5）天平的重復(fù)性等于，式中為加載時(shí)天平示值誤差的zui值；為加載時(shí)天平示值誤差的zui小值；要求：。

                                   ，

4.3  天平的示值誤差（檢定項(xiàng)目三）

各載荷點(diǎn)的示值誤差不得過該天平在該載荷是的zui允許誤差。

1）測試時(shí)，載荷應(yīng)從載荷開始，逐漸地往上加載，直至加到天平的zui秤量，然后逐漸地卸下載荷，直到載位置。

2）將試驗(yàn)載荷的載荷點(diǎn)填入下表，其中試驗(yàn)載荷必須括：空載（點(diǎn)替代點(diǎn)）；zui小秤量；zui允許誤差轉(zhuǎn)換點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的載荷（或接近zui允許誤差轉(zhuǎn)變點(diǎn)）；zui秤量。

3）無論加載或卸載，應(yīng)有足夠的測量點(diǎn)數(shù)，這里不少于6個(gè)即可。

       ，（*）

5．參考文獻(xiàn)

[1]趙朝前.力學(xué)計(jì)量[M].*版.北京：中計(jì)量出版社，2004.

[2]中計(jì)量科學(xué)研究院. JJG 1036-2008 電子天平[S], 北京：家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局（發(fā)布），2008．

實(shí)驗(yàn)2  電子天平檢定砝碼

1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/span>

1）了解電子天平的工作原理。

2）熟悉利用電子天平檢定砝碼。

2  實(shí)驗(yàn)儀器及材料

梅特勒-托利多EL、AL系列電子天平，標(biāo)準(zhǔn)砝碼，被檢砝碼及溫濕度計(jì)和氣壓計(jì)等設(shè)備。

3  檢定內(nèi)容

3.1  檢定室環(huán)境條件及設(shè)備

1）砝碼的檢定應(yīng)在穩(wěn)定的環(huán)境狀況下，砝碼的溫度接近室溫。砝碼和衡量儀器之間的溫度差值要盡量的小。實(shí)驗(yàn)室的溫度變化量也有要求（具體各準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼的環(huán)境狀況見“宣貫教材”P37）。其中，濕度的上限是很重要的。

2）檢定實(shí)驗(yàn)室不允許有容易察覺的振動(dòng)和氣流，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離振源和磁源。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的天平和砝碼應(yīng)避免陽光直接照射。

3）當(dāng)空氣密度相對(duì)于1.2kg/m³變化過10%，被檢砝碼的計(jì)算應(yīng)采用真空質(zhì)量值，折算質(zhì)量值有真空質(zhì)量值計(jì)算而來。

4）檢定砝碼時(shí)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)需配備相應(yīng)準(zhǔn)確度的溫度計(jì)、濕度計(jì)和壓力計(jì)，以測量實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空氣密度。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配備氣象參數(shù)測量設(shè)備的準(zhǔn)確度參見“宣貫教材”P39。

3.2  檢定前的準(zhǔn)備

1）調(diào)整電子天平后端兩個(gè)底腳高度，通過觀察水平泡，將天平調(diào)整到水平位置。

 2）接通電源，天平預(yù)熱，達(dá)到平衡、穩(wěn)定；

 3）行次預(yù)加載。

3.3  檢定項(xiàng)目

 主要根據(jù)砝碼的準(zhǔn)確度等級(jí)和檢定、后續(xù)檢定等不同階段根據(jù)標(biāo)選擇檢定項(xiàng)目。JJG 99-2006中的主要檢定項(xiàng)目有：密度（或體積）、表面粗糙度、磁化率、*磁性、折算質(zhì)量等，本實(shí)驗(yàn)只對(duì)折算質(zhì)量行檢定。

4  實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

實(shí)驗(yàn)采用目前計(jì)量部門及科研院所廣泛應(yīng)用的梅特勒-托利多電子天平行砝碼檢定。

4.1  調(diào)節(jié)水平

在使用前須查看水平泡是否在黑圈內(nèi)，如不在黑圈內(nèi)請(qǐng)使用水平調(diào)節(jié)腳調(diào)整是水平泡至中央位置，每次將天平放置到新位置或不慎使天平位置發(fā)生改變是，都應(yīng)該調(diào)整水平。

4.2  預(yù)  熱

1）電子天平使用前必須檢查供電電源電壓是否與電子天平所需電源電壓相符；

2）讓秤盤空載并點(diǎn)擊《on》鍵，天平行顯示自檢（顯示屏上的所有字段短時(shí)點(diǎn)亮），當(dāng)天平回時(shí)，天平開機(jī)完成。為了獲得準(zhǔn)確的稱量結(jié)果，在使用前應(yīng)通電預(yù)熱以達(dá)到工作溫度（d=0.0001g 60分鐘，d=0.001g 30分鐘）。

4.3  電子天平的選擇原則

衡量儀器的計(jì)量特性在行測量之前要已知。如果被檢砝碼行空氣浮力修正，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（即重復(fù)性、靈敏度、分辨力、偏載等的合成）應(yīng)不得過被檢砝碼質(zhì)量zui允許誤差值的六分之；如果被檢砝碼不行空氣浮力修正，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得過被檢砝碼質(zhì)量zui允許誤差值的九分之。（JJG 99-2006）

由于實(shí)驗(yàn)分別采用單次替代法“ABA”和雙次替代法“ABBA”對(duì)砝碼的折算質(zhì)量行，兩種方法中涉及電子天平的不確定度其實(shí)都只是重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，故本實(shí)驗(yàn)對(duì)于靈敏度、分辨率、線性、偏載等可以不予考慮，只考慮重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。需要考慮時(shí)，請(qǐng)參照文獻(xiàn)[3]的附錄3中的1.1和1.4。

4.4  選擇被檢砝碼

1）根據(jù)4.3的原則，由實(shí)驗(yàn)所用電子天平的重復(fù)性（標(biāo)準(zhǔn)方差）計(jì)算出被檢砝碼質(zhì)量zui允許誤差（被檢砝碼不做空氣浮力修正）。

2）結(jié)合所用電子天平的量程和下表選擇合適的被檢砝碼。

表2.1 砝碼zui允許誤差值（|MPE|，以mg為單位）

續(xù)表2.1

由于原標(biāo)準(zhǔn)JJG 99-1990與JJG 99-2006 的砝碼等級(jí)劃分有所不同，這里忽略磁化等其它因素的影響，視原等砝碼為E2等級(jí)砝碼（實(shí)驗(yàn)時(shí)不要選用等砝碼為被檢砝碼，因?yàn)榈软来a（E2）為現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室zui高等級(jí)的砝碼，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的選擇不利），視原二等砝碼為F1等級(jí)砝碼，如果天平的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)方差不能滿足小于砝碼（相應(yīng)等級(jí)）zui允許誤差值的九分之的要求，則將被檢砝碼降級(jí)處理，直到滿足要求。

4.5  選擇標(biāo)準(zhǔn)砝碼

標(biāo)準(zhǔn)砝碼至少應(yīng)比被檢砝碼高準(zhǔn)確度等級(jí)，其質(zhì)量擴(kuò)展不確定度應(yīng)不于被檢砝碼質(zhì)量zui允許誤差的九分之。（JJG 99-2006）

如果在量值傳遞過程中，標(biāo)準(zhǔn)砝碼僅采用其質(zhì)量標(biāo)稱值，則擴(kuò)展不確定度的半寬等于它的zui允許誤差的值，且為矩形分布，此時(shí)的上等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度不滿足相鄰下等級(jí)被檢砝碼擴(kuò)展不確定度極限值的1/3，則不能鄰等級(jí)傳遞，必須隔等級(jí)方能傳遞質(zhì)量量值。（砝碼—宣貫教材）

1）這里假定標(biāo)準(zhǔn)砝碼符合以上條件，直接使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量標(biāo)稱值。關(guān)于準(zhǔn)確用擴(kuò)展不確定度的計(jì)算及由擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度選擇標(biāo)準(zhǔn)砝碼的方法參見（JJG 99-2006 附錄C）

4.6  折算質(zhì)量的檢定

4.6.1 雙次替代法（ABBA循環(huán)）測量被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼間的折算質(zhì)量差值

1）根據(jù)下表選擇循環(huán)的次數(shù)。

表2.2 測量zui少循環(huán)次數(shù)

2）電子天平預(yù)熱預(yù)載完畢，將標(biāo)準(zhǔn)砝碼輕放在秤盤中央，取砝碼必須用鑷子夾取，或帶手套操作，以免砝碼被粘污影響稱量結(jié)果。

3）關(guān)嚴(yán)風(fēng)罩玻璃門。

4）等顯示屏上數(shù)字穩(wěn)定并且顯示屏左邊的“〇”消失，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間（天平使用手冊(cè)）即可讀取稱量結(jié)果。記錄稱量結(jié)果，并將結(jié)果填入表2.3。

5）稱量結(jié)束后，打開風(fēng)罩玻璃門，取出標(biāo)準(zhǔn)砝碼（用鑷子或帶手套操作）。

6）打開風(fēng)罩，將被檢砝碼輕放在秤盤中央，取砝碼必須用鑷子夾取，或帶手套操作，以免砝碼被粘污影響稱量結(jié)果。重復(fù)3-5的操作記錄*次被檢砝碼讀數(shù)。

8）重復(fù)步驟6，記錄二次被檢砝碼讀數(shù)。

9）重復(fù)2至5步驟，記錄二次標(biāo)準(zhǔn)砝碼的讀數(shù)稱量完畢取出被檢砝碼，關(guān)嚴(yán)風(fēng)罩玻璃門，求出被檢砝碼質(zhì)量。

注意：各次測量的時(shí)間間隔應(yīng)致相同。

10）按下式計(jì)算。

式中，為電子天平的指示差值；I為天平示值；t為被檢砝碼的下角標(biāo)；r為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的下角標(biāo)；i為砝碼檢定的序列，如只檢定個(gè)砝碼則i=1，兩個(gè)砝碼i=2。

      表2.3 雙次替代法折算質(zhì)量原始記錄表

  檢定環(huán)境溫度：           相對(duì)濕度：              氣壓力：

4.6.2 單次替代法（ABA循環(huán)）測量被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼間的折算質(zhì)量差值

操作過程與雙次替代法類似，請(qǐng)參照4.6.1。數(shù)據(jù)記錄于表2.4。

表2.4 單次替代法折算質(zhì)量原始記錄表

  檢定環(huán)境溫度：           相對(duì)濕度：              氣壓力：

5  實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及預(yù)習(xí)要求

1）天平應(yīng)放置于穩(wěn)定的工作臺(tái)上避免震動(dòng)、氣流及陽光的照射；

2）天平使用時(shí)動(dòng)作要輕緩，稱量是勿將手壓在工作臺(tái)上；

3）勿向秤盤上加載過其量程范圍的物體以免損壞天平。不能用手壓秤盤或沖擊秤盤。

6  實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1）數(shù)據(jù)處理

2）實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

⑴實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/span>

⑵數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

⑶思考題

①什么是電子天平的內(nèi)校準(zhǔn)?    

②使用電子天平時(shí)，如何消除重力加速度對(duì)稱量結(jié)果的影響? 

⑷討論

7  參考文獻(xiàn)

[1]    趙朝前.力學(xué)計(jì)量[M].*版.北京：中計(jì)量出版社，2004.

[2]    中計(jì)量科學(xué)研究院. JJG 99-2006 砝碼檢定規(guī)程[S], 北京：家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局（發(fā)布），2006．

[3]    姚弘. 砝碼（家計(jì)量技術(shù)法規(guī)統(tǒng)宣貫教材）[M]. *版. 北京：中計(jì)量出版社，2007.

[4]    陳興. 力學(xué)計(jì)量 [M]. 二版.黃愛軍，王學(xué)義，宮風(fēng)順，戚瑛，劉振中，王鵬，高茜.北京：中計(jì)量出版社, 2006.

[5]      李孝武.力學(xué)計(jì)量[M].*版.劉景利，劉煥橋，沙克蘭，戚瑛.北京：中計(jì)量出版社，1999.

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