砝碼檢定中的誤差來(lái)源

在實(shí)驗(yàn)室的量值傳遞中，砝碼屬于一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)的實(shí)體量具。但正因?yàn)槠溥@種特點(diǎn)，所以，在具體的操作中，卻往往容易被忽視影響檢定結(jié)果的諸多因素的防范。造成檢定結(jié)果的偏差。 這就要求我們砝碼計(jì)量檢定員熟練掌握砝碼的檢定規(guī)程和操作規(guī)范。并嚴(yán)格按照檢定規(guī)程進(jìn)行操作。認(rèn)真分析排查引起檢定誤差的原因，及時(shí)消除檢定中的誤差因素。根據(jù)誤差公理，任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果都含有誤差，砝碼檢定也不例外。砝碼檢定過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因是多種多樣的，它們與檢定時(shí)使用的儀器、周圍的環(huán)境條件以及檢定人員的操作技能等有關(guān)。 為了提高檢定準(zhǔn)確度，減少測(cè)量誤差，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。針對(duì)砝碼檢定過(guò)程中可能出現(xiàn)的一系列情況，作者根據(jù)自己多年砝碼檢定工作的經(jīng)驗(yàn)和查詢的相關(guān)資料，從裝置誤差、環(huán)境誤差等方面入手，詳細(xì)介紹了造成砝碼檢定誤差的因素及對(duì)策。

一、裝置誤差對(duì)砝碼檢定的影響

1、系統(tǒng)誤差

在砝碼檢定過(guò)程中，誤差按一定規(guī)律變化或處于某一恒定數(shù)時(shí)，這一類誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差的來(lái)源和消除方法如下：

(1)由天平不等臂性所產(chǎn)生的誤差

天平不等臂性所產(chǎn)生的誤差與載荷及兩臂之差成正比，該類誤差可采取以下兩種方法加以消除。事先對(duì)各種稱量下的不等臂性誤差進(jìn)行測(cè)定，列出各種稱量下的不等臂性誤差修正表，當(dāng)采用直接稱量法檢定砝碼時(shí)，便可根據(jù)被檢砝碼的大小，從修正表中找出相應(yīng)的不等性誤差修正值，然后對(duì)砝碼分別進(jìn)行修正。采用替代稱量法、交換稱量法或連續(xù)替代稱量法可以消除不等臂性誤差。

(2)由于標(biāo)準(zhǔn)砝碼產(chǎn)生的誤差

將標(biāo)準(zhǔn)砝碼的修正值加到被檢砝碼的標(biāo)稱值上，即可消除該誤差。

(3)檢定人員造成的誤差

人的感官不同，產(chǎn)生的誤差大小也不同。通常對(duì)某一個(gè)人來(lái)說(shuō)，在一次檢定中，操作誤差是相同的。要減小觀察誤差，除了要求檢定人員集中精力，小心謹(jǐn)慎地工作外，在讀取標(biāo)牌示值時(shí)，用一只眼睛，從天平開(kāi)關(guān)軸的方向?qū)?zhǔn)觀測(cè)標(biāo)牌的示值，也可請(qǐng)別人復(fù)測(cè)，得出近似相等的數(shù)值，取其算術(shù)平均值，以盡可能減少誤差。

(4)空氣浮力產(chǎn)生的誤差

由于檢定中的物體都要受到空氣浮力的影響，對(duì)高準(zhǔn)確度砝碼檢定時(shí)必須考慮這一影響，以便進(jìn)行空氣浮力的修正，消除其影響。

2、偶然誤差

偶然誤差也稱隨機(jī)誤差。它是指在衡量之前或衡量過(guò)程中，已對(duì)系統(tǒng)誤差的來(lái)源采取了消除措施之后，在衡量結(jié)果中仍然存在著的誤差。它的特點(diǎn)在于它的出現(xiàn)無(wú)任何規(guī)律，即前一個(gè)誤差出現(xiàn)后，不能預(yù)料下一個(gè)誤差出現(xiàn)的大小和方向，更不知其產(chǎn)生的原因。檢定砝碼時(shí)，產(chǎn)生偶然誤差的原因有以下幾種：

(1)由天平引起的偶然誤差

檢定砝碼時(shí)，天平阻尼筒之間的摩擦;天平指針或標(biāo)尺及物鏡上粘有細(xì)小的纖維，引起指針與標(biāo)尺、標(biāo)尺與物鏡之間產(chǎn)生輕微摩擦;天平不水平，天平托盤(pán)上粘有纖維或其他雜物，引起托盤(pán)與秤盤(pán)之間產(chǎn)生輕微摩擦，使天平出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的示值變化，造成檢定結(jié)果出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的誤差。

(2)由檢定人員引起的偶然誤差

檢定人員讀數(shù)過(guò)早或過(guò)遲，或讀數(shù)時(shí)不斷改變姿勢(shì)，讀數(shù)不正確;天平投影屏松動(dòng)，當(dāng)用調(diào)零桿調(diào)好天平零位后，因受振動(dòng)或檢定人員不慎碰觸使投影屏移位，引起零位變動(dòng);檢定人員不注意撞動(dòng)了天平零部件引起讀數(shù)不穩(wěn)定，這些都會(huì)造成偶然誤差。

雖然偶然誤差的出現(xiàn)無(wú)任何確定的規(guī)律，但當(dāng)對(duì)某一物體進(jìn)行多次衡量，可以發(fā)現(xiàn)偶然誤差服從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，并可用概率論的某些原理似及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)確定其對(duì)衡量結(jié)果的影響程度。根據(jù)誤差理論的有關(guān)知識(shí)，在衡量次數(shù)足夠多的前提下，可用一系列衡量中單次衡量的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示不能消除其影響的各種未知因素對(duì)衡量結(jié)果的影響程度。

3、疏失誤差

檢定結(jié)果顯著與事實(shí)不相符的這類誤差稱為疏失誤差。疏失誤差也屬于偶然誤差范疇，但在數(shù)值上大大過(guò)了天平靈敏度，示值變動(dòng)性和觀察者本人正常讀數(shù)的范圍，因此帶有疏失誤差的讀數(shù)與正常讀數(shù)之間相差極為懸殊。造成疏失誤差的原因主要是檢定人員讀錯(cuò)、記錯(cuò)讀數(shù)或記錯(cuò)砝碼數(shù)值等。一切含有疏失誤差的結(jié)果必須舍去不用。當(dāng)某個(gè)觀察值與平均值之差 Vi滿足下列關(guān)系式時(shí)：，則 Pi是含有疏失誤差的錯(cuò)誤數(shù)值，應(yīng)予以剔除。

二、環(huán)境誤差的影響

實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行校準(zhǔn)或檢測(cè)的實(shí)體，其環(huán)境條件直接影響到檢測(cè)的有效性及計(jì)量準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件一般有以下幾種控制指標(biāo)：溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)、清潔度、磁性等。使用或檢定計(jì)量器具時(shí)，環(huán)境因素差異引起的誤差，往往成為新誤差的重要來(lái)源。

1.溫度變化對(duì)砝碼檢定的影響

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國(guó)際單位制七個(gè)基本物理量之一。自然界中任何物理、化學(xué)過(guò)程都與溫度緊密相關(guān)。如力學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)控制在20℃±（2-5）℃，波動(dòng)度為0.5。溫度偏差越大，造成的誤差越大，所以，要保證測(cè)量精度，首先要控制溫度及波動(dòng)度。另外，隨著溫度升高，會(huì)造成電子天平的零點(diǎn)漂移，從而帶來(lái)測(cè)量誤差。溫度影響砝碼檢定結(jié)果是多方面的，除間接空氣密度的變化和物體表面吸咐水蒸汽外，還會(huì)引起天平平衡點(diǎn)變化和不等臂誤差。溫度的變化同天平的臂長(zhǎng)成正比，因此溫度變化引起橫梁伸縮，必然會(huì)引起天平靈敏度的提高或降低，其變化的程度因橫梁的材料而異。天平單方向受熱，對(duì)檢定影響特別的嚴(yán)重，如操作者的手，臺(tái)燈或附近放有加熱的儀器，還有天平本身的光學(xué)系統(tǒng)照明燈等都有可能使天平單方向受熱，影響天平的衡量結(jié)果。天平的平衡點(diǎn)，即使溫度變化均勻，也會(huì)移動(dòng)。因?yàn)樘炱降臋M梁是由性質(zhì)不同的材料制成的，而且，橫梁的重心和支點(diǎn)的相互位置保持平衡。所以，這些位置因溫度的變化而變化就以平衡點(diǎn)的移動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)。橫梁的重心位置通常不受溫度的變化而移動(dòng)的，但問(wèn)題是在于刀座使刀子產(chǎn)生變形，導(dǎo)致支點(diǎn)相對(duì)與重心位置發(fā)生變化，影響天平的衡量偏差，從而給砝碼檢定結(jié)果帶來(lái)誤差。下面就如何消除溫度變化對(duì)砝碼檢定的不利影響來(lái)做一下介紹。

首先，天平、砝碼室內(nèi)應(yīng)配置中央空調(diào)和分度值不大于0.1℃的溫度計(jì)，并按檢定周期對(duì)該溫度計(jì)進(jìn)行檢定。檢定室內(nèi)的天平和砝碼應(yīng)盡量避免陽(yáng)光直接照射，天平室內(nèi)一般都安裝深色的窗簾。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。對(duì)于E1等級(jí)和E2等級(jí)砝碼，實(shí)驗(yàn)室溫度應(yīng)在18℃-25℃.環(huán)境條件應(yīng)滿足衡量?jī)x器的要求。

2.濕度變化對(duì)砝碼檢定的影響

濕度是空氣潮濕程度的指標(biāo)，它反應(yīng)了空氣中水蒸汽的含量。濕度分濕度和相對(duì)濕度。實(shí)驗(yàn)室一般用相對(duì)濕度來(lái)表示空氣潮濕程度。

相對(duì)濕度反映了濕度接近飽和濕度的程度，相對(duì)濕度越大，空氣越潮濕，反之越干燥?？諝鉂穸仍礁邥?huì)使某些非金屬材料尺寸發(fā)生變化、金屬材料發(fā)生銹蝕、光學(xué)儀器發(fā)霉等。金屬材料發(fā)生銹蝕的主要原因是空氣中的SO2、H2S等引起的氧化反應(yīng)。這種反應(yīng)在水溶液中比在干燥狀態(tài)下快好多倍。在空氣中進(jìn)行質(zhì)量衡量，這個(gè)問(wèn)題就無(wú)法避免。放在空氣中的砝碼，它的表面要吸咐一定厚度的水分子層，空氣中水蒸汽的分子有一部分吸咐在砝碼表面上，形成“水膜"水膜的厚度與砝碼表面特性，環(huán)境溫差有相當(dāng)大的關(guān)系，并且，水膜質(zhì)量將影響砝碼質(zhì)量的準(zhǔn)確計(jì)量。另外，電子天平的絕緣材料吸咐了一定數(shù)量的潮氣后，會(huì)使某些電氣性能發(fā)生變化，如絕緣電阻下降，泄漏電流增加，電容量增大，介質(zhì)損耗角增大，從而給使用人員帶來(lái)安全隱患，嚴(yán)重的會(huì)危急生命。

為了消除濕度變化對(duì)砝碼檢定的不利影響，我們需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置分度值不低于5%的干濕度計(jì)。并按檢定周期對(duì)該濕度計(jì)進(jìn)行檢定。在砝碼的存放過(guò)程中濕度的上限是至關(guān)重要的。如果濕度過(guò)了檢定規(guī)程的要求，則要采取增大風(fēng)流量或抽濕等辦法，等環(huán)境符合規(guī)定后再檢定。

溫度和濕度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響往往是結(jié)合在一起進(jìn)行的，在相同濕度下，溫度越高絕緣受潮速度就越快，溫度40℃受潮速度大約為20℃的2-5倍。而55℃則大約為20℃下的15倍。從而可知，溫濕度對(duì)檢定的影響較大，因此，在檢定工作中一定要按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.磁性的影響

關(guān)于磁性問(wèn)題。歷來(lái)在制造和使用中都很注意，作為標(biāo)準(zhǔn)用的天平和砝碼都要求用非磁性材料制造。測(cè)量過(guò)程中磁力會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，這是由于這種力在質(zhì)量測(cè)量中無(wú)法與重力相區(qū)別。磁力可以引起兩個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間的相互作用，也可以引起質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量中使用的衡量?jī)x器與周圍相近的其它磁性物體之間的相互作用。在進(jìn)行折算質(zhì)量定之前，應(yīng)測(cè)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的磁性（*磁化強(qiáng)度和磁化率）。以確保磁作用可以忽略。磁性檢定不合格的砝碼，不得進(jìn)行折算質(zhì)量的檢定。

鋁制砝碼的磁化率和*磁化強(qiáng)度不用測(cè)量，因?yàn)?，其被認(rèn)為是無(wú)磁的。對(duì)于小砝碼<2g或低準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼（F1等級(jí)砝碼及其以下，<20g）可參照材料生產(chǎn)廠給出的材料磁性參數(shù)。

磁場(chǎng)源在生活中比比皆是。如大型的化工設(shè)備，特別是電磁式設(shè)備具有的磁場(chǎng)很強(qiáng)，對(duì)砝碼的檢定會(huì)產(chǎn)生很大的影響。所以，在檢定時(shí)，應(yīng)注意遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源和大電流經(jīng)過(guò)的導(dǎo)體。

砝碼檢定中的誤差來(lái)源