砝码检定中的误差来源总结

砝码检定中的误差来源总结

在实验室的量值传递中,砝码属于一种结构简单、稳定性强的实体量具。但正因为其这种特点,所以,在具体的操作中,却往往容易被忽视影响检定结果的诸多因素的防范。造成检定结果的偏差。 这就要求我们砝码计量检定员熟练掌握砝码的检定规程和操作规范。并严格按照检定规程进行操作。认真分析排查引起检定误差的原因,及时消除检定中的误差因素。根据误差公理,任何实验结果都含有误差,砝码检定也不例外。砝码检定过程中产生误差的原因是多种多样的,它们与检定时使用的仪器、周围的环境条件以及检定人员的操作技能等有关。 为了提高检定准确度,减少测量误差,达到准确计量的目的。针对砝码检定过程中可能出现的一系列情况,作者根据自己多年砝码检定工作的经验和查询的相关资料,从装置误差、环境误差等方面入手,详细介绍了造成砝码检定误差的因素及对策。

一、装置误差对砝码检定的影响

1、系统误差

在砝码检定过程中,误差按一定规律变化或处于某一恒定数时,这一类误差称为系统误差。系统误差的来源和消除方法如下:

(1)由天平不等臂性所产生的误差

天平不等臂性所产生的误差与载荷及两臂之差成正比,该类误差可采取以下两种方法加以消除。事先对各种称量下的不等臂性误差进行测定,列出各种称量下的不等臂性误差修正表,当采用直接称量法检定砝码时,便可根据被检砝码的大小,从修正表中找出相应的不等性误差修正值,然后对砝码分别进行修正。采用替代称量法、交换称量法或连续替代称量法可以消除不等臂性误差。

(2)由于标准砝码产生的误差

将标准砝码的修正值加到被检砝码的标称值上,即可消除该误差。

(3)检定人员造成的误差

人的感官不同,产生的误差大小也不同。通常对某一个人来说,在一次检定中,操作误差是相同的。要减小观察误差,除了要求检定人员集中精力,小心谨慎地工作外,在读取标牌示值时,最好用一只眼睛,从天平开关轴的方向对准观测标牌的示值,也可请别人复测,得出近似相等的数值,取其算术平均值,以尽可能减少误差。

(4)空气浮力产生的误差

由于检定中的物体都要受到空气浮力的影响,对高准确度砝码检定时必须考虑这一影响,以便进行空气浮力的修正,消除其影响。

2、偶然误差

偶然误差也称随机误差。它是指在衡量之前或衡量过程中,已对系统误差的来源采取了消除措施之后,在衡量结果中仍然存在着的误差。它的特点在于它的出现无任何规律,即前一个误差出现后,不能预料下一个误差出现的大小和方向,更不知其产生的原因。检定砝码时,产生偶然误差的原因有以下几种:

(1)由天平引起的偶然误差

检定砝码时,天平阻尼筒之间的摩擦;天平指针或标尺及物镜上粘有细小的纤维,引起指针与标尺、标尺与物镜之间产生轻微摩擦;天平不水平,天平托盘上粘有纤维或其他杂物,引起托盘与秤盘之间产生轻微摩擦,使天平出现无规则的示值变化,造成检定结果出现无规律的误差。

(2)由检定人员引起的偶然误差

检定人员读数过早或过迟,或读数时不断改变姿势,读数不正确;天平投影屏松动,当用调零杆调好天平零位后,因受振动或检定人员不慎碰触使投影屏移位,引起零位变动;检定人员不注意撞动了天平零部件引起读数不稳定,这些都会造成偶然误差。

虽然偶然误差的出现无任何确定的规律,但当对某一物体进行多次衡量,可以发现偶然误差服从统计学规律,并可用概率论的某些原理似及统计学方法来确定其对衡量结果的影响程度。根据误差理论的有关知识,在衡量次数足够多的前提下,可用一系列衡量中单次衡量的标准差来表示不能消除其影响的各种未知因素对衡量结果的影响程度。

公式

3、疏失误差

检定结果显著与事实不相符的这类误差称为疏失误差。疏失误差也属于偶然误差范畴,但在数值上大大超过了天平灵敏度,示值变动性和观察者本人正常读数的范围,因此带有疏失误差的读数与正常读数之间相差极为悬殊。造成疏失误差的原因主要是检定人员读错、记错读数或记错砝码数值等。一切含有疏失误差的结果必须舍去不用。当某个观察值与平均值之差 Vi满足下列关系式时:30(1),则 Pi是含有疏失误差的错误数值,应予以剔除。

二、环境误差的影响

实验室是进行校准或检测的实体,其环境条件直接影响到检测的有效性及计量准确度。实验室环境条件一般有以下几种控制指标:温度、湿度、气压、振动、清洁度、磁性等。使用或检定计量器具时,环境因素差异引起的误差,往往成为新误差的重要来源。

1.温度变化对砝码检定的影响

温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位制七个基本物理量之一。自然界中任何物理、化学过程都与温度紧密相关。如力学实验室应控制在20℃±(2-5)℃,波动度为0.5。温度偏差越大,造成的误差越大,所以,要保证测量精度,首先要控制温度及波动度。另外,随着温度升高,会造成电子天平的零点漂移,从而带来测量误差。温度影响砝码检定结果是多方面的,除间接空气密度的变化和物体表面吸咐水蒸汽外,还会引起天平平衡点变化和不等臂误差。温度的变化同天平的臂长成正比,因此温度变化引起横梁伸缩,必然会引起天平灵敏度的提高或降低,其变化的程度因横梁的材料而异。天平单方向受热,对检定影响特别的严重,如操作者的手,台灯或附近放有加热的仪器,还有天平本身的光学系统照明灯等都有可能使天平单方向受热,影响天平的衡量结果。天平的平衡点,即使温度变化均匀,也会移动。因为天平的横梁是由性质不同的材料制成的,而且,横梁的重心和支点的相互位置保持平衡。所以,这些位置因温度的变化而变化就以平衡点的移动表现出来。横梁的重心位置通常不受温度的变化而移动的,但问题是在于刀座使刀子产生变形,导致支点相对与重心位置发生变化,影响天平的衡量偏差,从而给砝码检定结果带来误差。下面就如何消除温度变化对砝码检定的不利影响来做一下介绍。

首先,天平、砝码室内应配置中央空调和分度值不大于0.1℃的温度计,并按检定周期对该温度计进行检定。检定室内的天平和砝码应尽量避免阳光直接照射,天平室内一般都安装深色的窗帘。砝码的检定应在稳定的环境状况下,砝码的温度接近室温。对于E1等级和E2等级砝码,实验室温度应在18℃-25℃.环境条件应满足衡量仪器的要求。

2.湿度变化对砝码检定的影响

湿度是空气潮湿程度的指标,它反应了空气中水蒸汽的含量。湿度分绝对湿度和相对湿度。实验室一般用相对湿度来表示空气潮湿程度。

相对湿度反映了绝对湿度接近饱和绝对湿度的程度,相对湿度越大,空气越潮湿,反之越干燥。空气湿度越高会使某些非金属材料尺寸发生变化、金属材料发生锈蚀、光学仪器发霉等。金属材料发生锈蚀的主要原因是空气中的SO2、H2S等引起的氧化反应。这种反应在水溶液中比在干燥状态下快好多倍。在空气中进行质量衡量,这个问题就无法避免。放在空气中的砝码,它的表面要吸咐一定厚度的水分子层,空气中水蒸汽的分子有一部分吸咐在砝码表面上,形成“水膜”水膜的厚度与砝码表面特性,环境温差有相当大的关系,并且,水膜质量将影响砝码质量的准确计量。另外,电子天平的绝缘材料吸咐了一定数量的潮气后,会使某些电气性能发生变化,如绝缘电阻下降,泄漏电流增加,电容量增大,介质损耗角增大,从而给使用人员带来安全隐患,严重的会危急生命。

为了消除湿度变化对砝码检定的不利影响,我们需要在实验室内配置分度值不低于5%的干湿度计。并按检定周期对该湿度计进行检定。在砝码的存放过程中湿度的上限是至关重要的。如果湿度超过了检定规程的要求,则要采取增大风流量或抽湿等办法,等环境符合规定后再检定。

温度和湿度对试验结果的影响往往是结合在一起进行的,在相同湿度下,温度越高绝缘受潮速度就越快,温度40℃受潮速度大约为20℃的2-5倍。而55℃则大约为20℃下的15倍。从而可知,温湿度对检定的影响较大,因此,在检定工作中一定要按照标准进行。

3.磁性的影响

关于磁性问题。历来在制造和使用中都很注意,作为标准用的天平和砝码都要求用非磁性材料制造。测量过程中磁力会产生负面的影响,这是由于这种力在质量测量中无法与重力相区别。磁力可以引起两个质量标准之间的相互作用,也可以引起质量标准或测量中使用的衡量仪器与周围相近的其它磁性物体之间的相互作用。在进行折算质量定之前,应测定质量标准的磁性(永久磁化强度和磁化率)。以确保磁作用可以忽略。磁性检定不合格的砝码,不得进行折算质量的检定。

铝制砝码的磁化率和永久磁化强度不用测量,因为,其被认为是无磁的。对于小砝码<2g或低准确度等级砝码(F1等级砝码及其以下,<20g)可参照材料生产厂给出的材料磁性参数。

磁场源在生活中比比皆是。如大型的化工设备,特别是电磁式设备具有的磁场很强,对砝码的检定会产生很大的影响。所以,在检定时,应注意远离磁场源和大电流经过的导体。