关于砝码、标准砝码、铸铁砝码检定过程中的误差分析

上海众渊砝码厂 2019.08.06

关于砝码、标准砝码、铸铁砝码检定过程中的误差分析

摘要：砝码检定是质量计量的内容，其对于准确性的要求是高的，但由于检定过程中很容易受到环境、操作等诸多因素的影响，因而砝码检定也同样存在着各样的误差问题，且能够对质量计量结果的准确性造成直接的影响。为此，本文对砝码检定中的误差问题进行了分析，并针对这些误差问题的解决给出了一些较为可行的建议。
关键词：砝码检定；误差；天平

 
           引言：
           质量计量工作通常都要靠天平进行，而砝码作为天平的组成部分，则在质量计量中发挥着标准量器的作用，如果砝码的质量与标准质量存在差异，那么天平所测量出的质量结果也会与实际质量出现误差，因此，在进行质量测量之前，通常都需要进行砝码检定工作，以砝码质量的标准。由此可见，对于砝码检定中误差问题的研究是具有现实意义的。
           一、砝码检定中的环境误差
           质量计量以及砝码检定工作虽然通常都是在实验室中进行，而实验室也会对室内环境条件进行严格的控制，但实际环境条件与环境控制指标不符的情况仍然比较常见，而这些环境上的异常也就成为了导致砝码检定误差的主要原因之一。
           （一）温度误差
           温度是质量计量中影响质量计量准确性的因素之一，而其对于砝码检定的影响则体现在很多方面。首先，温度变化会使室内空气密度发生变化，温度越高，空气密度就会越低，而一旦空气密度发生变化，那么电子天平就很容易出现平衡点变化等情况。其次，在温度的变化情况下，天平的横梁会受热证冷缩影响随之出现不同程度的伸缩，虽然不同材料的横梁伸缩程度不同，天平的灵敏度也可能会因温度变化而出现，但对于质量计量的准确性却是不利的。此外，除室内温度条件外，天平本身的局部温度下降同样会导致砝码检定误差问题，例如在照明设备、加热仪器或是试验人员体温的影响下，天平的某个方向会出现温度的，这样一来，天平受热一侧的质量会出现变化，并导致天平平衡点移动，终对测量结果的准确性造成影响。
           （二）湿度误差
            除温度因素外，空气湿度同样会对砝码检定造成影响，空气湿度可以直接理解为空气的潮湿程度，这一指标与空气中的水蒸气含量密切相关，空气湿度越高，水蒸气的含量也会越高，因此在空气湿度过高的情况下，空气中的水蒸气就会使天平上的金属材料以及部分非金属材料发生反应，并出现质量上的变化。以金属材料为例，在水蒸气的影响下，金属材料发生反应的速度会大大加快，并出现锈蚀等情况，锈蚀后的金属质量下降，在砝码检定时自然就会出现误差问题。同时，空气湿度过高还会砝码吸附大量的水分子，这些被吸附的水分子会聚集在砝码表面并形成水膜，而在水膜质量的影响下，砝码质量同样会发生变化，并终导致砝码检定误差[1]。另外，为质量计量的安全性，电子天平上通常都会带有的缘材料，在空气湿度较高的情况下，这些材料会大量吸收空气中的水蒸气，并出现电气性能的下降，这不仅会影响电子天平的质量，同时随着缘电阻等电气性能的下降，砝码检定的安全隐患也会大大增加，严重的甚会出现电击事故。
           （三）磁性误差
           磁性是一种矿物在受到外磁场影响后受到吸引力或排斥力的现象，在质量计量中，一旦天平与砝码具有磁性，就很容易受到磁场所产生的排斥力或吸引力影响，由于这种磁力（磁场所产生的排斥力或吸引力）在质量测量中无法与重力区别开来，因此计量结果也会出现较大的偏差。例如在砝码存在磁性的情况下，两个具有磁性的砝码在计量过程中会相互作用，无论砝码是相互吸引还是相互排斥，都会与砝码本身的重力共同施加在天平上，终导致测量结果出现误差，另外，其他磁性物体也同样会对砝码产生磁力。

二、砝码检定中的装置误差
           （一）系统误差
           系统误差是指会按照规律变化的误差，这类误差大多都来源于天平本身或是实验人员,对于砝码检定的影响同样是大的。例如砝码本身根据质量的同会具有着不同的标称值，但如果砝码在制作过程中出现问题,使砝码质量与标称值不符，那么在砝码检定时就会出现系统误差；而在砝码检定过程中，虽然可以借助很多仪器设备来提高检定的性，但很多操作仍然需要依靠人的 等方面感官来完成,而在不同实验人员感官存在差异的情况下，同样很容易因操作差异而出现系统误差[2]。此外，由于物体的重力会受到空气浮力的影响,因此如物体过轻或是质量计量精度要求过高,那么砝码检定还是因空气浮力而出现系统误差。
           （二）偶然误差
           偶然误差是指不确定性且无规律可循的误差，这种误差的出现具有很强的性，同时很难提前避免。例如在进行砝码检定时，如果天平的标尺（指针）上存在杂物，那么在显示计量结果时，标尺（指针）的移动就会受到摩擦力的阻碍，从而出现不同程度的误差；同时，砝码检定中标尺（指针）的移动会受惯性的影响，并出现程度的波动，因此通常都需要待标尺（指针）稳定后再观察数值，而如果实验人员读数过早，同样很有可能导致偶然误差。
           （三）疏失误差
           疏失误差属于偶然误差的一种情况，但其误差数值与实际计量间的差距却要大，具体包括实验人员读错数值、记错读数、看错砝码数值等等。
           三、砝码检定中误差问题的有效控制策略
           （一）环境误差的控制
           砝码检定中的环境误差主要来源于环境条件的异常变化，因此要想控制这类误差问题，就须要按照力学实验室标准对温度、湿度等室内环境指标进行准确把控。首先在温度方面，砝码检定为适宜的温度通常为20℃，由于砝码材质、天平类型等方面的差异，不同实验所允许的温度误差值不同，但通常都需要控制在18℃-25℃之间，测量过程中的温度波动也要控制在0.5℃以内。同时，为避免出现温度的意外变化，还要在实验室内安装精度较高的温度计与空调，并在砝码检定的过程中对温度进行持续性的观察，一旦室内温度出现过大变化或是室内温度抄表，应 控制空调来进行升温或降温。另外，为避免局部温度变化，砝码与天平都要远离热源并避免阳光直射。其次在湿度方面，除了要按检定规程对实验室内的空气湿度进行控制外，还要配备分度值较高的干湿度计，并在砝码检定过程中持续观察室内空气湿度变化，如湿度过了检定规程的标准，则要要采取增大风流量或抽湿等办法对室内空气进行调节。后针对磁性误差，一方面，要选择非磁性材料天平与砝码，并在质量计量之前对砝码进行磁性检定，如砝码磁性检定不合格，则不可进行检定；另一方面，则要在检定时远离化工设备等磁场源或是大电流经过的导体，同时尽量选用无磁的铝制砝码。
           （二）装置误差的控制
           首先，对于系统误差，不同类型的误差往往需要采取不同的控制措施，例如为降低实验人员 感官上的差异，可选择多人复测并计算平均值，而为了避免砝码误差，则要先对砝码质量进行测量，并在被检砝码的标称值进行修正。其次，对于偶然误差，这类误差虽然无规律可循，但却具有着的发生概率，因此可以根据统计学原理与概率论来进行多次测试与计算，从而准确衡量其对于计量结果的影响，并在程度上降低偶然误差。此外对于疏失误差，实验人员只需对计量结果进行检查，并将存在疏失误差的结果剔除即可。
           结束语：
           总而言之,砝码检定的误差问题有很多，但在总体上可分为装置误差与环境误差两大类，我们须要明确误差问题的根源、特点，并在检定前或检定过程中采取针对性的控制策略，才能够在1上减少误差问题，从而为质量计量的准确性提供保障。
参考文献
[1]柴静敏.天平砝码检定误差与改进方法探讨[J].科技经济导刊，2018，26(23)：175.
[2]谢红.砝码计量检定误差原因及控制措施[J].设备管理与维修，2018(01)：12-13.

作者简介：王强（1985-），男，江苏省靖江市人，职称：中级，学历：本科。