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備。

3  檢定內容

3.1  檢定室環境條件及設備

1）砝碼的檢定應在穩定的環境狀況下，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量值，折算質量值有真空質量值計算而來。

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

3.2  檢定前的準備

1）調整電子天平后端兩個底腳高度，通過觀察水平泡，將天平調整到水平位置。

 2）接通電源，天平預熱，達到平衡、穩定；

 3）行次預加載。

3.3  檢定項目

 主要根據砝碼的準確度等級和檢定、后續檢定等不同階段根據標選擇檢定項目。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、折算質量等，本實驗只對折算質量行檢定。

4  實驗內容及步驟

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  調節水平

在使用前須查看水平泡是否在黑圈內，如不在黑圈內請使用水平調節腳調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生改變是，都應該調整水平。

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  電子天平檢定砝碼的選擇原則

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）計算出被檢砝碼質量zui允許誤差（被檢砝碼不做空氣浮力修正）。

2）結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，其質量擴展不確定度應不于被檢砝碼質量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量標稱值。關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  折算質量的檢定

4.6.1 雙次替代法（ABBA循環）測量被檢砝碼與標準砝碼間的折算質量差值

1）根據下表選擇循環的次數。

表2.2 測量zui少循環次數

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果。

3）關嚴風罩玻璃門。

4）等顯示屏上數字穩定并且顯示屏左邊的“〇”消失，達到穩定時間（天平使用手冊）即可讀取稱量結果。記錄稱量結果，并將結果填入表2.3。

5）稱量結束后，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果。重復3-5的操作記錄*次被檢砝碼讀數。

8）重復步驟6，記錄二次被檢砝碼讀數。

9）重復2至5步驟，記錄二次標準砝碼的讀數稱量完畢取出被檢砝碼，關嚴風罩玻璃門，求出被檢砝碼質量。

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 雙次替代法折算質量原始記錄表

  檢定環境溫度：           相對濕度：              氣壓力：

4.6.2 單次替代法（ABA循環）測量被檢砝碼與標準砝碼間的折算質量差值

操作過程與雙次替代法類似，請參照4.6.1。數據記錄于表2.4。

表2.4 單次替代法折算質量原始記錄表

  檢定環境溫度：           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）數據處理

2）實驗報告內容

⑴實驗目的和要求

⑵數據處理及實驗結果

⑶思考題

①什么是電子天平的內校準?    

②使用電子天平時，如何消除重力加速度對稱量結果的影響? 

⑷討論