實驗室電子天平砝碼的檢定

1  實驗目的和要求

1）  了解電子天平的主要檢定項目和步驟。

2）  掌握利用標準砝碼檢定電子天平及其數(shù)據(jù)處理。

2  實驗儀器及材料

電子天平，標準砝碼，溫度計、濕度計和氣壓計等。

3  檢定內(nèi)容

3.1  檢定條件

1）砝碼

 應配備組標準砝碼，其擴展不確定度（k=2）不得于被檢天平在該載荷下zui允許誤差值的1/3。（標準砝碼的磁性也應該有相應要求）

2）分度值≤0.2°C的溫度計、相對準確度≥5%的干濕度計。（本實驗略去）

3.2  檢定環(huán)境條件

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

3.3  檢定前的準備

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

 2）接通電源，天平預熱，達到平衡、穩(wěn)定；

 3）行次預加載。

3.4  檢定項目

 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)標選擇檢定項目。JJG 1036-2008中的主要檢定項目有：外觀檢查、偏載誤差、重復性、示值誤差等，這里主要對后3項行檢定。

4  檢定方法及步驟

4.1  偏載誤差（檢定項目）

即載荷在不同位置的示值誤差須滿足相應載荷zui允許誤差的要求。

1）試驗載荷選擇1\3（zui稱量），需要說明的是這里略去了標中的“zui加法除皮效果”，因為實驗所用的天平未帶有除皮效果指標。優(yōu)選個數(shù)較少的砝碼，如果不是單個砝碼，允許砝碼疊放使用。單個砝碼應放置在測量區(qū)域的中心位置，若使用多個砝碼，應均勻分布在測量區(qū)域內(nèi)。

2）按圖1.1給出的天平偏載誤差檢定位置，稱量實驗所用標準砝碼，間隔和穩(wěn)定時間見天平手冊。需要注意的是取放砝碼請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：（，（*））

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，再換上試驗載荷砝碼記錄示值，用標準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

n  本實驗所用天平均為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，對需要考慮示值修約誤差天平用公式  E=I+1/2e-△L-L計算Ｅ就可以了。

n  附加砝碼是用來測試電子衡器的閃變點的，如e=10g的電子衡器，施加砝碼100g，電子衡器顯示為100g，此時你得逐施加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。

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

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

4.2  天平的重復性（檢定項目二）

相同載荷多次測量結(jié)果的差值不得于該載荷點下zui允許誤差的值。

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

2）砝碼的質(zhì)量選擇80%-100%zui秤量的單個砝碼，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）

4）測量數(shù)據(jù)記錄于下表。

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

                                   ，

4.3  天平的示值誤差（檢定項目三）

各載荷點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，載荷應從載荷開始，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）將試驗載荷的載荷點填入下表，其中試驗載荷必須括：空載（點替代點）；zui小秤量；zui允許誤差轉(zhuǎn)換點所對應的載荷（或接近zui允許誤差轉(zhuǎn)變點）；zui秤量。

3）無論加載或卸載，應有足夠的測量點數(shù)，這里不少于6個即可。

       ，（*）

5．參考文獻

[1]趙朝前.力學計量[M].*版.北京：中計量出版社，2004.

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

實驗2  電子天平檢定砝碼

1  實驗目的和要求

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  實驗儀器及材料

梅特勒-托利多EL、AL系列電子天平，標準砝碼，被檢砝碼及溫濕度計和氣壓計等設(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。實驗室的溫度變化量也有要求（具體各準確度等級砝碼的環(huán)境狀況見“宣貫教材”P37）。其中，濕度的上限是很重要的。

2）檢定實驗室不允許有容易察覺的振動和氣流，應盡量遠離振源和磁源。實驗室內(nèi)的天平和砝碼應避免陽光直接照射。

3）當空氣密度相對于1.2kg/m³變化過10%，被檢砝碼的計算應采用真空質(zhì)量值，折算質(zhì)量值有真空質(zhì)量值計算而來。

4）檢定砝碼時，實驗室內(nèi)需配備相應準確度的溫度計、濕度計和壓力計，以測量實驗室內(nèi)空氣密度。實驗室內(nèi)配備氣象參數(shù)測量設(shè)備的準確度參見“宣貫教材”P39。

3.2  檢定前的準備

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

 2）接通電源，天平預熱，達到平衡、穩(wěn)定；

 3）行次預加載。

3.3  檢定項目

 主要根據(jù)砝碼的準確度等級和檢定、后續(xù)檢定等不同階段根據(jù)標選擇檢定項目。JJG 99-2006中的主要檢定項目有：密度（或體積）、表面粗糙度、磁化率、*磁性、折算質(zhì)量等，本實驗只對折算質(zhì)量行檢定。

4  實驗內(nèi)容及步驟

實驗采用目前計量部門及科研院所廣泛應用的梅特勒-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，都應該調(diào)整水平。

4.2  預  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）讓秤盤空載并點擊《on》鍵，天平行顯示自檢（顯示屏上的所有字段短時點亮），當天平回時，天平開機完成。為了獲得準確的稱量結(jié)果，在使用前應通電預熱以達到工作溫度（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，則其合成標準不確定度（即重復性、靈敏度、分辨力、偏載等的合成）應不得過被檢砝碼質(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，則合成標準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）

由于實驗分別采用單次替代法“ABA”和雙次替代法“ABBA”對砝碼的折算質(zhì)量行，兩種方法中涉及電子天平的不確定度其實都只是重復性的標準不確定度，故本實驗對于靈敏度、分辨率、線性、偏載等可以不予考慮，只考慮重復性的標準不確定度。需要考慮時，請參照文獻[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，由實驗所用電子天平的重復性（標準方差）計算出被檢砝碼質(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

由于原標準JJG 99-1990與JJG 99-2006 的砝碼等級劃分有所不同，這里忽略磁化等其它因素的影響，視原等砝碼為E2等級砝碼（實驗時不要選用等砝碼為被檢砝碼，因為等砝碼（E2）為現(xiàn)有實驗室zui高等級的砝碼，對標準砝碼的選擇不利），視原二等砝碼為F1等級砝碼，如果天平的重復性標準方差不能滿足小于砝碼（相應等級）zui允許誤差值的九分之的要求，則將被檢砝碼降級處理，直到滿足要求。

4.5  選擇標準砝碼

標準砝碼至少應比被檢砝碼高準確度等級，其質(zhì)量擴展不確定度應不于被檢砝碼質(zhì)量zui允許誤差的九分之。（JJG 99-2006）

如果在量值傳遞過程中，標準砝碼僅采用其質(zhì)量標稱值，則擴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，此時的上等級標準砝碼的擴展不確定度不滿足相鄰下等級被檢砝碼擴展不確定度極限值的1/3，則不能鄰等級傳遞，必須隔等級方能傳遞質(zhì)量量值。（砝碼—宣貫教材）

1）這里假定標準砝碼符合以上條件，直接使用標準砝碼的質(zhì)量標稱值。關(guān)于準確用擴展不確定度的計算及由擴展標準不確定度選擇標準砝碼的方法參見（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)）測量被檢砝碼與標準砝碼間的折算質(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）電子天平預熱預載完畢，將標準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)嚴風罩玻璃門。

4）等顯示屏上數(shù)字穩(wěn)定并且顯示屏左邊的“〇”消失，達到穩(wěn)定時間（天平使用手冊）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，打開風罩玻璃門，取出標準砝碼（用鑷子或帶手套操作）。

6）打開風罩，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3-5的操作記錄*次被檢砝碼讀數(shù)。

8）重復步驟6，記錄二次被檢砝碼讀數(shù)。

9）重復2至5步驟，記錄二次標準砝碼的讀數(shù)稱量完畢取出被檢砝碼，關(guān)嚴風罩玻璃門，求出被檢砝碼質(zhì)量。

注意：各次測量的時間間隔應致相同。

10）按下式計算。

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；r為標準砝碼的下角標；i為砝碼檢定的序列，如只檢定個砝碼則i=1，兩個砝碼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)）測量被檢砝碼與標準砝碼間的折算質(zhì)量差值

操作過程與雙次替代法類似，請參照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：           相對濕度：              氣壓力：

5  實驗注意事項及預習要求

1）天平應放置于穩(wěn)定的工作臺上避免震動、氣流及陽光的照射；

2）天平使用時動作要輕緩，稱量是勿將手壓在工作臺上；

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  實驗報告要求

1）數(shù)據(jù)處理

2）實驗報告內(nèi)容

⑴實驗目的和要求

⑵數(shù)據(jù)處理及實驗結(jié)果

⑶思考題

①什么是電子天平的內(nèi)校準?    

②使用電子天平時，如何消除重力加速度對稱量結(jié)果的影響? 

⑷討論

7  參考文獻

[1]    趙朝前.力學計量[M].*版.北京：中計量出版社，2004.

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

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

[4]    陳興. 力學計量 [M]. 二版.黃愛軍，王學義，宮風順，戚瑛，劉振中，王鵬，高茜.北京：中計量出版社, 2006.

[5]      李孝武.力學計量[M].*版.劉景利，劉煥橋，沙克蘭，戚瑛.北京：中計量出版社，1999.

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