砝碼檢定中的誤差來源

在實驗室的量值傳遞中，砝碼屬于一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)的實體量具。但正因為其這種特點(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，及時消除檢定中的誤差因素。根據(jù)誤差公理，任何實驗結(jié)果都含有誤差，砝碼檢定也不例外。砝碼檢定過程中產(chǎn)生誤差的原因是多種多樣的，它們與檢定時使用的儀器、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，減少測量誤差，達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的。針對砝碼檢定過程中可能出現(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策。

一、裝置誤差對砝碼檢定的影響

1、系統(tǒng)誤差

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

(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。事先對各種稱量下的不等臂性誤差進(jìn)行測定，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，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。通常對某一個人來說，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，用一只眼睛，從天平開關(guān)軸的方向?qū)?zhǔn)觀測標(biāo)牌的示值，也可請別人復(fù)測，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，對高準(zhǔn)確度砝碼檢定時必須考慮這一影響，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程中，已對系統(tǒng)誤差的來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)無任何規(guī)律，即前一個誤差出現(xiàn)后，不能預(yù)料下一個誤差出現(xiàn)的大小和方向，更不知其產(chǎn)生的原因。檢定砝碼時，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，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，天平托盤上粘有纖維或其他雜物，引起托盤與秤盤之間產(chǎn)生輕微摩擦，使天平出現(xiàn)無規(guī)則的示值變化，造成檢定結(jié)果出現(xiàn)無規(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)過早或過遲，或讀數(shù)時不斷改變姿勢，讀數(shù)不正確;天平投影屏松動，當(dāng)用調(diào)零桿調(diào)好天平零位后，因受振動或檢定人員不慎碰觸使投影屏移位，引起零位變動;檢定人員不注意撞動了天平零部件引起讀數(shù)不穩(wěn)定，這些都會造成偶然誤差。

雖然偶然誤差的出現(xiàn)無任何確定的規(guī)律，但當(dāng)對某一物體進(jìn)行多次衡量，可以發(fā)現(xiàn)偶然誤差服從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，并可用概率論的某些原理似及統(tǒng)計學(xué)方法來確定其對衡量結(jié)果的影響程度。根據(jù)誤差理論的有關(guān)知識，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)差來表示不能消除其影響的各種未知因素對衡量結(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)值上大大過了天平靈敏度，示值變動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、記錯讀數(shù)或記錯砝碼數(shù)值等。一切含有疏失誤差的結(jié)果必須舍去不用。當(dāng)某個觀察值與平均值之差 Vi滿足下列關(guān)系式時：，則 Pi是含有疏失誤差的錯誤數(shù)值，應(yīng)予以剔除。

二、環(huán)境誤差的影響

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

1.溫度變化對砝碼檢定的影響

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是國際單位制七個基本物理量之一。自然界中任何物理、化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)。如力學(xué)實驗室應(yīng)控制在20℃±（2-5）℃，波動度為0.5。溫度偏差越大，造成的誤差越大，所以，要保證測量精度，首先要控制溫度及波動度。另外，隨著溫度升高，會造成電子天平的零點(diǎn)漂移，從而帶來測量誤差。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成正比，因此溫度變化引起橫梁伸縮，必然會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，對檢定影響特別的嚴(yán)重，如操作者的手，臺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，也會移動。因為天平的橫梁是由性質(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)的移動表現(xiàn)出來。橫梁的重心位置通常不受溫度的變化而移動的，但問題是在于刀座使刀子產(chǎn)生變形，導(dǎo)致支點(diǎn)相對與重心位置發(fā)生變化，影響天平的衡量偏差，從而給砝碼檢定結(jié)果帶來誤差。下面就如何消除溫度變化對砝碼檢定的不利影響來做一下介紹。

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，并按檢定周期對該溫度計進(jìn)行檢定。檢定室內(nèi)的天平和砝碼應(yīng)盡量避免陽光直接照射，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。對于E1等級和E2等級砝碼，實驗室溫度應(yīng)在18℃-25℃.環(huán)境條件應(yīng)滿足衡量儀器的要求。

2.濕度變化對砝碼檢定的影響

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。濕度分濕度和相對濕度。實驗室一般用相對濕度來表示空氣潮濕程度。

相對濕度反映了濕度接近飽和濕度的程度，相對濕度越大，空氣越潮濕，反之越干燥?？諝鉂穸仍礁邥鼓承┓墙饘俨牧铣叽绨l(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，這個問題就無法避免。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安全隱患，嚴(yán)重的會危急生命。

為了消除濕度變化對砝碼檢定的不利影響，我們需要在實驗室內(nèi)配置分度值不低于5%的干濕度計。并按檢定周期對該濕度計進(jìn)行檢定。在砝碼的存放過程中濕度的上限是至關(guān)重要的。如果濕度過了檢定規(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。

溫度和濕度對試驗結(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)于磁性問題。歷來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。測量過程中磁力會產(chǎn)生負(fù)面的影響，這是由于這種力在質(zhì)量測量中無法與重力相區(qū)別。磁力可以引起兩個質(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)或測量中使用的衡量儀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)度不用測量，因為，其被認(rèn)為是無磁的。對于小砝碼<2g或低準(zhǔn)確度等級砝碼（F1等級砝碼及其以下，<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)備具有的磁場很強(qiáng)，對砝碼的檢定會產(chǎn)生很大的影響。所以，在檢定時，應(yīng)注意遠(yuǎn)離磁場源和大電流經(jīng)過的導(dǎo)體。

砝碼檢定中的誤差來源