电子天平示值误差不确定度
浅谈电子天平测量结果不确定度
浅谈电子天平测量结果不确定度摘要：伴随着社会不断地进步和科技水平的不断发展，电子天平因其精度准确和方便使用的特点而广泛应用，但是企业和个人对于电子天平的测量结果精准度要求也在不断升高，电子天平的测量工作原理是因电磁秤原理而形成的，并且通过传感器将所获数据进行实时传输。
因此对于电子天平的生产过程中会将大量专业精密的零件进行安装，因为这些零件存在结构复杂、易损、专业性等特点，其或多或少会对电子天平日常测量过程中产生误差，并且受外部多种因素的影响，也会对电子天平的测量产生偏差误差，所以本文探究分析了电子天平在进行日常测量过程中产生误差的因素，以此来提升电子天平测量数据的可靠和准确性，并且为今后电子天平使用和测量过程中提出了可借鉴的建议。
关键词：电子天平；测量误差；不确定度；工作原理；探究分析引言电子天平作为日常工作和生活中的重要测量工具，已经对医疗、化工、工程、机械、航天等领域广泛运用。
电子天平作为测量仪器通过作用于物品上的重量来进行对物体质量的测量，并且通过数字进行结果表达。
电子天平主要运用于重量数值的传输、测量、体积测量、磁能测量等，在对电子天平的检测维护过程中，为了保证电子天平测量数值的可靠和准确，必须要对多方面因素进行考虑，所以对于电子天平测量结果的不确定性探究是极其重要且必要的。
一、电子天平的测量工作原理电子天平的测量工作原理其实就是电磁力平衡原理，通过将通电导线位于磁场中间保持磁场强度不变，利用产生的磁力，将产生磁力的大小与流过线圈的电流强度进行正比，如果物体的重力方向向下，电磁力方向向上的话，则二者相互平衡。
电子天平采用弹性簧片作为支承点，无机械天平的玛瑙刀口，采用数字显示代替指针显示。
具有性能稳定，灵敏度高，操作方便快捷，精度高等优点。
电子天平还具有自动校正，全量程范围实现去皮重、累加，超载显示，故障报警等功能。
它有克、米制仑拉、金盎司三种量位可供选择。
并且具有质量电信号输出，可以与计算机、打印机连接，实现称量、记录和计算的自动化，这些优点是机械天平无法比拟的。
电子天平200g 示值误差测量不确定度评定
Ｅ ２ 等级标准砝码 （ １ ～ ５ ０ ０ ） ｇ 。由于 Ｊ Ｊ Ｇ ９ ９— ２ ０ ０ ６ （ 砝 码》 计量 检 定 规 程 中规 定 ， 标 准 砝 码 的 扩展 不 确 定 度 应 不大于相应准确度等级 的最大允许 误差绝对值 的 １ ／ ３ ， ２ ０ ０ ｇ Ｅ ： 标 准砝 码 的 扩 展 不 确 定 度 也 就 是 ０ ． ３ ｍ ｇ ／ ３ ， 即为
ｓ √
（ ｍ — Hale Waihona Puke ） ＝ ０ ・ ０ ４ ２ ｇ
任 选两 台 同型号 电子 分 析 天平 ， 对 每 台 电子 分 析 天
式中： Ｅ 一 电子天 平示 值误 差 ； ， ＿ 电子天 平示 值 ；
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ １—１ ５
平在 ２ ０ ０ ｇ 称量点进行 ５组测量 ， 要求每组测量均在重复 性 条件 下连 续测 量 １ Ｏ次 ， 这样 就可 以得 到 １ ０组 测 量 列 。
关键 词 ： 电子天平 ； 示 值误 差 ； 不 确定度
中图分类号 ： Ｔ Ｈ ７ １ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 国 家标 准 学 科分 类 代码 ： ４ ６ ０ ． ４ ０ ３ ０ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４—６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ４ ． Ｉ １ ． ０ ３ ６
Ｆ ａ ｎ Ｘｉ ａ ｏ ｍｕ
１ 概述
ｍ一标 准 砝码值 。
３ 各 输入 量 的标 准不确 定度 分量 的评 定 本 评定 方 法 以实 际 分 度 值 ｄ＝０ ． １ ｍ ｇ ， 最 大 秤 量 为 ２ ２ ０ ｇ的 电子分 析天 平 的 ２ ０ ０ ｇ 测 量点 为例 。
30kg电子天平示值误差测量值的不确定度评定
计及研究 ［ Ｊ ］ ． 粉体测试与表征 ， ２ ０ ０ ５ ， ５ ： ５ — ７ ． 作者简介 ： 冯进 ， 男， 主任 ， 工程 师。工作单 位 ： 常州市 计量测 试技 术研 究
所。通讯地址 ： ２ １ ３ １ ６ ４ 江苏省常州市武进区鸣新中路 １ ６ 号。
１ ９ ］ ． ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｅ ｐ ａ ． ｇ ｏ ｖ ／ ｔ ｔ ｎ ａ ｍ ｔ ｉ ｌ ／ ｉ ｆ ｌ ｅ ｓ ／ ａ ｍ ｂ ｉ ｅ ｎ ｔ ／ ｐ ｍ ２ ５ ／ ｒ 一 ９ ８ — ０ １ ２ ． ｐ ｄ ｆ ． ［ ９ ］ 谭知还 ． 关于 Ｐ Ｒ ２ ． ５的十个问答［ Ｅ Ｂ ／ Ｏ Ｌ ］ ． （ ２ ０ １ １ —１ ２ — ０ ６ ） ［ ２ ０ １ １ —
△ｍ ＝ ｍ — ｍ
式 中： △ ｍ 一电子天平示值误差 ； ｍ一 电子 天平 示值 ； ｍ 一 标 准 砝码 值 。
４ 输入 量标 准 不确定 度 评定
由于偏载 引入 的不确 定度被 天平 的示 值重 复性 引 入 的标准不确定度所覆盖。输入量 ｍ 的标准不确定 度来 源于天 平 的测 量重 复性 ， 可 以用 同一 砝码 ， 通过 连 续测 量 得到测量列 ， 采用 Ａ类方法进行评定。以 ２ ０ ｋ ｇ 为天平常 用称量 点 ， 再重 复 性 条件 下 连 续测 量 １ ０次 （ 标 准 砝 码 放 在秤 盘 不 同位 置 ） ， 得到测量列 为 １ ９ ． ９ ９ ９ ６ ， ２ ０ ． ０ ｏ ｏ ｏ ，
÷． ， ■ ＝ １ ０ ． Ｏ ０ ０ ０ ０ ０ （ ｋ ｇ ）
１ １
ｒ＿ ＝ — — —— —— — 一
Ｕ＝ｋ ・ ＝ ２×１ １ ６＝２ ３ ２ （ ｍ ｇ ）
电子天平示值误差测量结果不确定度评定
1.3 被测对象：实际分度值d在1mg~0.1g 1.4 测量方法： 电子天平的校准，是采用标准砝码直接
加载到电子天平的承载器上，依据标准器量
值与电子天平的显示示值进行比较，求出电
子天平的称重质量差值。
2 数学模型
依据JJG1036-2008《电子天平检定规程》 的化整前的修正误差计算式：
3 0.0029g
U= kuc = 2×0.095g=0.2g
6 天平示值误差的测量结果不确定 度
U（k=2）
u6 0.03mg
0.3mg
0.03mg
2.0mg
0.00029g
0.02g
0.0029g
0.2g
作者简介：朱军，1987-05，工程师，从事力
表2
不确定度来源（χ）
标准砝码
检定质量差
零点误差
标准砝码增量
ki
2
1
1
2
u(χi)
0.025g
5.2 合成标准不确定度计算 以上各项标准不确定度分量互不相关
的，所以合成标准不确定度为：
u
c
=
实际分度值
测量范围
0.082g
0g
0g
c12 u12 + c22u 22 + c32u 32 + c42u 42 + c52u 52 + c6 2u 62
工业技术
幸福生活指南
电子天平示值误差测量结果不确定度评定
朱军
广东华路交通科技有限公司 广东省公路水运检测设备计量站
摘 要：针对电子天平校准工作的实际情况, 本文详细的介绍了电子天平测量不确定度评定方法。 关键词：电子天平;不确定度分析;校准
210g电子天平示值误差测量结果的不确定度评定
210g电子天平示值误差测量结果的不确定度评定一、概述本方法适用于电子天平的不确定度评定。
1.测量依据：JJG1036-2008《电子天平》计量检定规程。
2. 环境条件：温度（15~25）℃，温度波动不大于1℃/h，相对湿度（50~60）%。
3. 测量标准：F1等级标准砝码。
JJG99—2006《砝码》计量检定规程中给出F1等级200g砝码其扩展不确定度为0.333mg，F1等级100g砝码其扩展不确定度为k。
0.167mg，F1等级50g砝码其扩展不确定度为0.1mg，通常包含因子取=2 4. 被测对象：AL204型Max=210g,d=0.1mg,e=1mg，级电子天平。
量程0≤m ≤50g，最大允许误差为±0.5e；量程50g＜m≤200g，最大允许误差为±1.0e；量程200g＜m≤210g，最大允许误差为±1.5e。
二、测量过程采用标准砝码直接测量天平的示值，可得标准砝码与电子天平实际值之差，即为电子天平的示值误差。
三、测量模型：△m=m-m s式中：△m —电子天平示值误差m —电子天平示值m s—标准砝码值四、标准不确定度分量的评定本评定方法以50g；100g；200g天平称量点为例，其他称量点的示值误差测量结果的不确定度可参照本方法进行评定。
电子天平不确定度来源：⑴标准砝码⑵天平分辨力⑶天平测量重复性1、标准砝码引起标准的不确定度分量()u m（B类评定）根据JJG99-2006《砝码》计量检定规程中给出F1等级200g砝码其扩展不确定度U为0.333mg，F1等级100g砝码其扩展不确定度为0.167mg，F1等级50gk。
砝码其扩展不确定度为0.1mg，通常包含因子取=2(1)在200g时0.333()0.1662U u m mg k === (2)在100g 时 0.167()0.0842U u m mg k === (3)在50g 时 0.1()0.03332U u m mg k === 2、天平分辨力引起的标准不确定度分量()u x （B 类评定）该电子天平实际分度值d=0.1mg ，区间半宽度a=d/2=0.05mg, 均匀分布k,天平分辨力引起的标准不确定度分量为：a ()0.029u x mg k === 3、天平测量重复性引起的标准不确定度分量()u x （A 类评定）(1)在200g 时由于偏载引起的不确定度被天平的示值重复性引起的标准不确定度所覆盖，可以忽略（JJG99-2006《砝码》计量检定规程39页）。
电子天平示值误差的不确定度评定
电子天平示值误差的不确定度评定ZJGJC-3Hh2801、概述1.1、测量依据：JJG1036-2008《电子天平检定规程》1.2.、环境条件：温度18~26℃，温度波动不大于0.5℃/h ，相对湿度不大于75%1.3、计量标准：E 2等级标准砝码。
JJG99—1990《砝码试行检定规程》中给出E 2等级砝码200g 其扩展不确定度0.3mg ，包含因子k =3。
1.4、被测对象：电子天平2、测量过程：采用标准砝码直接来测量天平的示值，可得标准砝码与电子天平实际值之差，即为电子天平的示值误差。
3、数学模型：△m =m-m s式中：△m —— 电子天平示值误差 m —— 电子天平示值 m s —— 标准砝码值4、输入量标准不确定度评定： 以200g 天平称量点为例4.1 输入量m s 的标准不确定度根据规程中给出F 1等级砝码200g 的扩展不确定度0.3mg ，取k =3mg m u s 10.033.0)(==4.2 电子天平分辨率引起的不确定度;该电子天平分度值为0.1mg; 按均匀分布计算mg md u 058.031.0)(==4.3 输入量m 的标准不确定度来源于天平的测量重复性，以同一砝码，通过连续测量得到测量列，采用A 类方法进行评定。
以200g 为载荷点，在重复性条件下连续测量6次：200.0002g.、200.0001g 、200.0002g 、200.0002g 、200.0001g 、200.0002g.、由此可得：u (m )=S 平=)1()(21--∑=n n m m ni =()16602.0-=0.026mg4.4其它不确定度分量在本次分析中略。
5、合成不确定度（以上各分量互不相关）：u C =()22)(2)(m u u u md ms ++=22210.0058.0026.0++=0.12mg6、扩展不确定度的评定（以上各分量互不相关）： k 取2 U = k × u C = 2 × 0.12=0.24mg7、对使用天平校准装置校准工作用电子天平的测量不确定度评估7.1根据JJG1036-2008《电子天平检定规程》规定，常规校准应包含空载、最小称量、最大允许误差转换点所对应的载荷、最大称量，即需包含0.01mg 、0.1mg 、1g 、20g 、50g 、100g 、200g 、500g 、600g 、610g 十个点，其中100以上非本项目包含。
电子天平测量不确定度评定
电子天平比对实验一、实验过程描述：（包括设备描述、环境条件、实验过程、原始记录、计算公式）以标准砝码为计量标准，符合国家计量检定系统表和检定规程的规定。
检定环境条件为：室温（-10~40）℃，温度≤80%RH 。
标准砝码放置被检天平上，用标准砝码实际值和天平示值读数比较，被检电子天平示值与标准砝码实际值之差为电子天平示值误差。
电子天平示值误差=被检电子天平示值—标准砝码值二、结果表示（结果按检定规程规定的方法表示）1、经检定合格的电子天平，出具“检定证书”并给出合格的准确度等级。
2、经检定不合格的电子天平，出具“检定结果通知书”并注名不合格项目和内容。
三、测量重复性和测量不确定度（依据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》，对被测量结果进行评定，约定包含因子取K=2，重复性测量按要求选取一点，按重复性要求测量。
）测量依据JJF1036-2008《电子天平》检定规程在室温：（20±5）℃、湿度≤80%RH ，用F1等级标准砝码对稳定的电子天平（测量范围（210/0.1）g ，检定分度值为1mg ，出厂编号则：1、天平测量重复性引起的不确定度 来源于天平的测量重复性，以同一砝码通过连续测量得到测量值为例，采用A 类方法进行评定。
以上表m=200g 为载荷点，m =200.0001gu A (B 类)=)1()(21--∑=n n m m n i = 0.0001g2、标准砝码引起的不确定度根据JJG99-2006《砝码检定规程》中给出200g 的F1等级砝码的最大允许误差是1.0mg,由此引起的不确定度（属于B 类标准不确定度）由标准砝码误差引起的标准不确定度：u B1(B 类)＝3a =31＝0.58mg=0.00058g 3、 电子天平分辨力引起的不确定度该电子天平分度值d=0.1mg; （不确定度按B 类均匀分布计算）u B2(B 类)31.03==a =0.057735mg ≈0.00006g 4、 合成不确定度：U C ＝22B A u u +=0.000583g5、 扩展不确定度的评定（以上各分量互不相关）：一般取置信概率P=95%,则k=2U = k ×c u = 2 × 0.000583≈0.0012g6、报告：本次检定的平均值为：m ＝200.0001g；扩展不确定度：U ＝0.0012g (k =2)检定员： 核验员：批准：签章： 日期：7、比对验证：计算结果：结论： lab lab U n n y y 1-≤- ：被考核实验室的测量结果；：各实验室测量结果的平均值； ：被考核实验室的测量不确定度；：参于比对实验的实验室数量；y lab U n lab y。
电子天平测量结果不确定度评定
电子技术• Electronic Technology78 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】电子天平 测量 评定1 概述1.1 测量的对象Ⅰ级电子天平，型号ME204（max=220g ，d=0.1mg ），出厂编号B346978675。
1.2 测量的方法按照电子天平JJG1036-2008测定标准，直接测定法进行测定，在电子天平秤盘上放上标准砝码，得到稳定后的数值。
1.3 测量的标准出厂编号为22429016的等级E 2砝码，如果100g 标准砝码，按照计量标准测定证书的扩展方面的不确定度数值为U=0.05mg ，其中含有k=2因子。
1.4 外界环境方面的条件相对湿度为45%，相对温度为22.1℃。
2 不确定度产生的原因分析2.1 自身原因电子天平自身的原因，所导致的标准不确定度u （m ），主要有：（1）电子天平的分辨力原因，导致的标准不确定度u 2（m ）；（2）因为外界振动和不稳定的温度等因素，产生的标准不确定度u 3（m ）；（3）电子天平测量重复性的原因，引入的标准不确定度u 1（m ）。
2.2 误差原因由于标准砝码的误差原因，产生的标准电子天平测量结果不确定度评定文/黄靖不确定度u （m B ）。
3 数学模型分析Δm = m —m B -其中：Δm ——电子天平示值的误差数值；m ——电子天平示值；m B ——标准砝码数值。
式中灵敏度系数为：4 测量结果的不确定度评定4.1 评判电子天平所带来的标准不确定度分量u（m）的（1）针对天平的执行标准不确定度u 1（m ），评定时，采用A 类方式进行：对载荷点100g ，不断测定n=10次，最终结果如表1所示。
平均数值：100.0004 g采用贝塞尔公式，可计算得出：s （x ） = 0.071mg实际测量时以一次测量结果作为最终测量结果，则：u 1（m ）=s （x ） = 0. 071mg（2）因为电子天平的分辨力，带来的不确定度u 2（m ）B 类天平的分辨力是0.1mg 那么半宽a=0.05mg ，一般作为标准不确定度的测定方法，按照以往，矩形分布能够总体上测算，因为数字式测量仪器的分辨力所引起的不确定度，取k=：u 2（m ） =a/k=（0.05÷）mg = 0.029mg（3）振动和变化的温度等导致示值不确定度u 3（m ），因为实验室在校准砝码时，可以选择计量标准规定要求的方法，即不考虑外界的振动、环境温度的变化等因素，即 u 3（m ）=0（4）电子天平引入的不确定度u （m ），因为没有相关可以考虑的具有相关性的输入量，所以u 2（m ）=u 12（m ）+u 22（m ）+u 32（m ）u （m ）==0.077mg4.2 测定不确定度量分量u（m B ）是由标准砝码所引起的部分应用B 类测定方式，对因为标准砝码带来的不确定度分量进行测定：包括k=2因子，100g 砝码在计量标准检定证书中的扩展不确定度U=0.05mg ，那么：u （m B ）=0.05mg÷2=0.025mg5 合成标准不确定度根据以上输入量，合成标准的不确定度的计算式可以表达如下：=0.081mg6 扩展不确定度当k = 2 ，p=95% （置信概率），那么测量载荷点100g 电子天平的扩展不确定度是：U = k×u c =2×0.081≈0.2mg7 测量不确定度报告与表示称量标称值100g 的E 2级砝码，其质量可以表达为（100.0004±0.0002）g, k=2。
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电子天平测量结果不确定度分析计算报告
BFB-03-2009
河北省计量科学研究所
力学检定室
2009年10月12日
编写：审核：批准
日期：日期：日期
电子天平示值误差测量结果不确定度分析计算报告
1. 概述
1.1 测量依据：JJG99-2006《砝码检定规程》；JJG1036-2008《电子天平检定规程》；JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。
1.2 环境条件：温度（18~23）℃，温度波动不大于0.5℃/h ，相对湿度不大于75%。
1.3 测量标准：E 2等级标准砝码。
测量范围1mg ～500g ，由JJG99-2006《砝码检定规程》给出其扩展不确定度极限值（0.002~0.24）mg （k =2）。
1.4 被测对象：电子天平（200g/0.1mg ），由JJG1036-2008《电子天平检定规程》给出其称量段误差：量程0≤m ≤50g ，最大允许误差±0.5mg ；量程50g ＜m ≤200g ，最大允许误差±1.0mg 。
一般情况下，测量天平的最大称量点、拐点以及大致均匀分布的共10个测量点。
1.5 测量方法：采用直接加放砝码来测量天平的示值，可得砝码值与电子天平示值之差，即为电子天平的示值误差。
2. 数学模型
r m m m -=∆
式中：m ∆——电子天平示值误差；
m ——电子天平示值
r mc ——标准砝码的折算质量。
3. 不确定度分量
3.1上等级标准砝码的不确定度分量
以测量天平200g 测量点为例。
E 2等级200g 标准砝码的扩展不确定度极限值为0.10mg （k =2），该标准砝码有四个检定周期的证书 ，则砝码不稳定性引起的不确定度，我们采用极差法按均匀分布即：3
2min
max ⨯-=
cr cr inst m m u 得
到。
经过比较，在有限次测量中，标准砝码质量的最大值与最小值之差为0.003mg ，所以，上等级标准砝码的标准不确定度为：
3
2003.03
2min
max ⨯=
⨯-=
cr cr inst m m u mg
所以，上等级标准砝码的标准不确定度为：
mg u k U m u inst r 05.032003.0210.0)(2
22
2=⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+⎪⎭⎫ ⎝⎛= 3.2 衡量过程的标准不确定度分量
在重复性条件下连续测量天平200g 测量点10次，得到质量差数据：
测量平均值 ∑=∆=∆n
i i m n m 1
1=200.00008g
测量结果单次测量标准偏差 ()
mg n m
m
s n
n i
063.01
10036
.01
1
2
=-=
-∆-∆=
∑=
测量平均值实验标准差：mg n
s m s 02.0)(===∆
故： mg m s m u w 02.0)()(=∆=∆
3.3 衡量仪器的不确定度分量
该天平其测试数据如下：重复性（极差法）：0.2mg ；偏载误差：0.3mg ；200g 载荷点的示值：200.0001g 。
则衡量仪器的各个不确定度分量计算为：
灵敏度引起的不确定度：mg m u s 5
2
222106.52000001
25.020000005.00001.200)(-⨯=+⨯=∆ 分辨率引起的不确定度：mg d m u d 029.032/1.0)32/(
)(==
=∆
偏载引起的不确定度：029.03
323.03
32)(=⨯⨯=
⨯⨯=∆D
m u E mg
则衡量仪器引入的不确定度：
mg m u m u m u m u e d s ba 04.0)()()()(2
22=∆+∆+∆=∆
4.标准不确定度分量一览表
以上标准不确定度分量彼此间独立无关，因此，合成标准不确定度：
mg m u m u m u m u ba w r 07.0)()()()(2
22=∆+∆+=∆
5.扩展不确定度计算
扩展不确定度U 属正态分布，取k =2。
电子天平200g 测量点的示值误差扩展不确定度：
mg mg m u k U 2.014.007.02)(≈=⨯=∆⨯=
6.测量不确定度的报告与表示
电子天平在200g测量点的示值误差的扩展不确定度为：U=0.2mg （k=2）。