电子天平检定的疑难问题分析与实施方法探讨

郭丽宏

(中石化股份天津分公司计量中心，天津 300271)



电子天平检定的疑难问题分析与实施方法探讨

郭丽宏

(中石化股份天津分公司计量中心，天津 300271)

根据电子天平的特点对JJG 1036—2008《电子天平》检定规程和实际操作中遇到的疑难问题进行分析，确定正确的操作方法，并结合现场检定的特点从环境和操作上排除可能影响电子天平检定结果的各种不利因素，提高检定结果的可靠性。

示值误差；偏载；加载；卸载；零点跟踪

0 引言

电子天平因其具有体积小、准确度高、操作简便等优点，越来越广泛地应用于生产、生活、科研、商业等领域，特别是化工生产、化验、检验工作中，已逐步取代了机械天平。为了保证测量的准确度，电子天平必须按照检定规程定期检定，而对于检定规程中所规定的一些检定项目，如果对电子天平性能和特点没有较深层次的认识，理解和执行起来比较困难。笔者根据多年来的实践经验，就电子天平检定的疑难问题进行了分析，并给出了相应的实施方法，供同行参考与借鉴。

1 示值误差的检定

1.1 检定点的选择与记录的填写

JJG 1036—2008《电子天平》检定规程(以下简称规程)中对于检定点如此描述:“试验载荷必须包括：a)空载；b)最小秤量；c)最大允许误差转换点所对应的载荷；d)最大秤量”，附录A的检定记录格式如表1所示。

表1 电子天平示值误差记录表格

检定规程中没有提到“(*)”代表什么意义？检定点如何选择？如何计算和记录？

应该明确的是，示值误差检定中最终要得到的是“修正误差”Ec而不是“误差”E，“修正误差”才能够正确地反映电子天平在示值上的计量性能，对于我们通常所见的检定分度值e=10d的电子天平，通过式(1)和(2)分别得到E和Ec，

E=I-L

(1)

Ec=E-E0

(2)

式中：E为误差，mg或g；I为示值，mg或g；L为试验载荷，g；Ec为修正误差，mg或g；E0为零点或零点附近误差，mg或g。

E0被注释为“零点或零点附近误差”，也是令人费解的地方，所以在此处必须要了解一个概念——零点跟踪。

零点跟踪是指电子天平在零点时对小于最小秤量的质量值无反应，认为是天平正常的漂移，并自动进行修正为零点的功能。此功能对最小秤量以上的称量值没有作用。在电子天平检定过程中，零点跟踪是绝对不能忽视的电子天平特有的功能，通常情况是默认被检电子天平零点跟踪的存在，所以零点误差通常是指来自于最小秤量的误差，因此表1中“(*)”即为该天平最小秤量的试验载荷，通过式(1)得到E0，除最小秤量外的所有试验载荷得到的误差E后再通过式(2)得到修正误差Ec。

因此，检定点中“空载”并没有在示值检定的记录中作为试验载荷记录下来，但是空载是必须在任意一次称量过程前要做的动作，所以理所应当成为试验载荷的必要一项。

“最大允许误差转换点所对应的载荷”不难理解，但是并不是天平都能够称量到所有转换点，例如：对于d=0.1mg，e=1mg，最大秤量110g的天平来说，转换点只有5×104e，即50g，其他试验载荷可以在测量范围内均匀选取。而最大秤量是必须要有的试验载荷，在某些情况下，最大秤量载荷放到天平上会出现错误信息，这是去皮装置开启的原因，关闭天平电源重新开启就可以关闭去皮，完成最大载荷的称量。

1.2 加载与卸载的操作方法

规程中对加载与卸载的描述是“从零载荷开始，逐渐地往上加载，直到加到天平的最大秤量；然后逐渐地卸下载荷，直到零载荷为止。”该操作看上去合理但它违反了天平检定的几个原则：称量优选个数尽量少的砝码；砝码应尽量放置在秤盘中心位置。如果逐渐加载，对于现在通常使用的“1、2、2、5” 组合方式的成套砝码来讲，势必会使秤盘上砝码个数不断增加，而且有些质量值也不一定能够达到；过多的砝码放置起来还有可能会超出测量区域，造成一定程度的偏载。对于不同测量范围的天平采用逐渐加载有可能会使用到不止一套标准砝码，如果试验载荷采用标准砝码实际值，修正起来也比较麻烦。

就此问题，笔者专门与规程起草人探讨过，在不影响检定结果的前提下，建议采用更为简便的方式加载和卸载，即从最小秤量点开始，加载下一秤量点砝码，取下前一秤量点砝码。这样可以保证使用最少砝码达到试验载荷。也可以在取下前一试验载荷砝码前，加载最小秤量值砝码，从而保证加载和卸载称量过程中始终保持秤盘上有不小于最小秤量的砝码存在，防止空载时零点跟踪对示值误差的影响。

例如检定d=0.1mg，e=1mg，最大秤量110g的天平，首先校零，放置最小秤量砝码10mg，记下示值后，放上10g砝码后，再去下10mg砝码，记录10g的天平显示值，以此类推。

但是这种方法在最大秤量为整百克数时会有点小麻烦，例如最大秤量为200g，在称量最大秤量的砝码前秤盘上无法存留任意质量的砝码，只能选取多个砝码进行示值检定了。现在越来越多的天平厂家意识到这一问题，在生产电子天平的时候，将最大秤量整百克数改进为整十克数了，例如220g、520g、1210g等等，不但利于检定，也防止使用当中的误超载操作，保护了天平称量系统，延长其使用寿命。

2 偏载误差和重复性的检定

2.1 偏载误差的检定

偏载误差的检定如图1所示，检定记录的填写如表2所示。

图1 电子天平偏载误差检定位置示意图

表2 电子天平偏载误差记录格式

虽然规程对检定方法和记录填写没有详细的阐述和说明，实际上如果能够理解偏载误差的定义，操作起来就比较简单了。

偏载误差的概念在检定规程中与以往有所区别，它是图1中秤盘上各个位置秤量点示值的修正误差Ec，而不是1、2、3、4各点与中心点5的最大偏差。操作时的具体步骤为：

1)天平校零；

2)“(*)”表示中心位置最小秤量载荷，“1(*)”表示在中心位置用最小秤量的砝码称量零点误差，之后分别在如图5个位置使用偏载试验载荷进行称量，当偏载误差超过示值最大允许误差时，复测中心点最小秤量零点误差，否则不复测；

3)偏载误差与示值误差一样是对零点误差的修正误差。

可见，检定记录上的位置1～5并不对应规程中图示的1～5，记录中所有的“(*)”位置指向秤盘中心点。

很明显，如果进行零点修正，在偏载误差检定中，秤盘上也应该一直保留有最小秤量以上质量的砝码，为什么不这样进行操作呢？事实上，严谨的操作应该同示值误差的操作一样，但是由于偏载误差的测量使用的始终是一个砝码从秤盘的一个位置到另一个位置，时间较短，电子天平零点跟踪的反应时间不够，一般不会产生零点跟踪效果。所以，偏载测量一般比较快速。而对于整体电子天平检定而言，一般把偏载误差的检定作为首先操作的项目，由于偏载超差的天平，示值误差也会超差，相比之下使用的砝码较少，操作的程序也简单快速一些。

2.2 重复性检定

电子天平的重复性，是电子天平在相同的测量条件下，同一载荷多次称量结果之间的最大差值，是用来衡量电子天平能否提供一致结果的计量特性。需要注意的是，与其他误差检定不同，重复性检定需要开启零点跟踪或每次加载前置零，这样就是为了保证在相同条件下，重复进行同一量值的称量，重复性误差不进行零点误差的修正，直接用天平示值减去砝码质量值，来计算重复性误差；对重复性误差，采用极差法而非标准偏差法来评定。重复性误差的值没有符号。

3 “多分度”和“多范围”电子天平的区别和检定方法

“多分度”电子天平和“多范围”电子天平其实不难区分，“多分度”顾名思义，只是分度值多个(一般2个)，测量范围只有一个，例如在天平的铭牌上表示为“0.01mg/0.1mg，41g/200g”等等，如果还不确定可以用砝码试一下。上面的例子，只要用50 g试一下就会发现，过了41 g显示位数会由0.01mg自动跳到0.1mg；卸载时，显示可自动恢复0.01mg。“多范围”天平不能像多分度天平那样自动跳转，要选择其中一个秤量范围，在该秤量范围内显示位数不变，两个秤量范围各自独立工作。

“多分度”电子天平检定时按一台天平检定，分段检定，两段秤量范围有各自的分度值、分度数，两段有各自的准确度等级，按照较低的那一等级给天平定级，高一等级的测量段可以在证书背面注明“在××段秤量范围内可按××级使用”。需要注意的是零点误差的选取，由于是按照一台天平检定，零点误差选用前一段最小秤量值的误差，前后统一修正。

“多范围”电子天平是按照两台天平来检定，证书背面给出两个测量范围各自的示值误差和等级，定级时也是按照较低的等级定级，并做出说明。

4 现场检定注意事项

由于电子天平对环境温度要求并不高，使用单位的现场不一定有温控设备，但是标准砝码由室外进入室内，不同的季节，与被检电子天平的温差还是会有的，对于等级较高的天平在称量时温差会产生空气流动，造成一定的称量影响，可以利用砝码恒温的时间进行如下几项检查：

1)现场环境。是否有震动源、磁源、气流和光照，这些对采用的电磁力平衡原理工作的电子天平会有很大影响。在这种环境下检定电子天平，其显示出来的计量特性也不真实有效，所以尽量避免。

2)被检天平的状态。检查被检天平是否安装在牢固稳定的工作台上，水平泡位置是否处于水平状态。

3)预热。检查天平是否处于通电状态，充分预热对于电子天平是非常重要的，天平预热时间不够， 电路中电子元件温度会在通电过程中随时间的延长而产生变化， 电子元件温度的变化会使天平示值发生漂移，造成称量的不准确。一般来说，电子天平在检定前，需要预热0.5h以上，具体的预热时间与电子天平准确度成正比。对于使用单位也应该建议经常让天平保持通电，电子天平在关闭状态下只要是通电也可以预热。

4)预压。较长时间不使用的电子天平，可能会进入休眠状态，为了让电子天平快速进入工作状态，检定前，可用相当于最大称量值的砝码多次加载，加载时，忽略称量结果和回零情况，这样反复10次或10次以上，让天平称重传感器从休眠状态逐渐进入工作状态，天平才能稳定地称量。否则，天平加载示值与卸载示值之差，会明显增大。

5 结束语

对于电子天平检定来说，对天平特性的更多了解能够更好地理解检定规程，从而正确地操作和细致地检查，避免各种因素带来的影响，这样得到检定数据和结果才能够真实地反映被检电子天平的计量性能，为使用者提供准确的测量保证。

[1] JJG 1036—2008 电子天平

[2] 杨发武.电子天平使用中应重视零点跟踪.衡器，2003(6)

[3] 温国庆.影响电子天平示值误差测量的因素及消除方法.科技创新与应用，2011(12)

[4] 赵荣，张兆立.影响电子天平称量准确性的两个因素.计量技术，2005(2)

[5] 王晓.电子天平检定及不确定度评定.计量技术，2013(2)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.16