实验1-2 电子天平检定、砝码检定实验指导书

实验1 电子天平的检定

1 实验目的和要求

1) 了解电子天平的主要检定项目和步骤。

2) 掌握利用标准砝码检定电子天平及其数据处理。

2 实验仪器及材料

电子天平，标准砝码，温度计、湿度计和气压计等。

3 检定内容

3.1 检定条件

1）砝码

应配备一组标准砝码，其扩展不确定度（k=2）不得大于被检天平在该载荷下最大允许误差绝对值的1/3。（标准砝码的磁性也应该有相应要求）

2）分度值≤0.2°C的温度计、相对准确度≥5%的干湿度计。（本实验略去）

3.2 检定环境条件

温度、湿度、振动、大气中水汽凝结和气流及磁场等具体要求见JJG 1036-2008。

3.3 检定前的准备

1）调整电子天平后端两个底脚高度，通过观察水平泡，将天平调整到水平位置。

2）接通电源，天平预热，达到平衡、稳定；

3）进行一次预加载。

3.4 检定项目

主要根据天平首次检定、后续检定、使用中检定等不同阶段根据国标选择检定项目。JJG 1036-2008中的主要检定项目有：外观检查、偏载误差、重复性、示值误差等，这里主要对后3项进行检定。

4 检定方法及步骤

4.1 偏载误差（检定项目一）

即载荷在不同位置的示值误差须满足相应载荷最大允许误差的要求。

1）试验载荷选择1\3（最大称量），需要说明的是这里略去了国标中的“最大加法除皮效果”，因为实验所用的天平未带有除皮效果指标。优选个数较少的砝码，如果不是单个砝码，允许砝码叠放使用。单个砝码应放置在测量区域的中心位置，若使用多个砝码，应均匀分布在测量区域内。

2）按图1.1给出的天平偏载误差检定位置，称量实验所用标准砝码，间隔和稳定时间见天平手册。需要

注意的是取放砝码请使用夹子或是带手套操作，以免引入操作误差。

图1.1 偏载误差检定位置示意图

3）将所得数据记录于下表 偏载误差 L I

E -=，0E E E c -=(*) 国标：（L L e I E -?-+=2

1，0E E E c -=(*)）

检测方法：先在偏载的位置放10e （或最小称量）小砝码记录示值，再换上试验载荷砝码记录示值，用标准砝码的示值误差减去小砝码的示值误差就得到的修正误差，为该位置的偏载误差。

位置 试验载荷 L （）

示值 I （） 附加砝码

△L （ ）

误差 E （ ） 修正误差 E C （ ）

最大允许 误差（ ）

1 （*）

1 2 （*） 2 3 （*） 3 4 （*） 4 5 （*）

5

4）注意事项

? 本实验所用天平均为e = 10d ，故不用考虑示值修约误差（包含在数字示值中的化整误差），所以附加砝码△L 用不到，对需要考虑示值修约误差天平用公式 E=I+1/2e -△L-L 计算Ｅ就可以了。

? 附加砝码是用来测试电子衡器的闪变点的，如e=10g 的电子衡器，施加砝码100g ，电子衡器显示为100g ，此时你得逐一施加0.1e 的小砝码直到电子衡器的示值从100g 改变到110g 。比如你施加了0.4e 砝码后，电子衡器的示值从100g 改变到110g ，这个0.4e 砝码就是你的附加砝码。一般电子天平的检定分度值e 和实际分度值d 的关系式d ≤e ≤10d ，在e=10d 和e=5d 的情况下，可以直接读取电子衡器的示值而不需要施加附加砝码来测试闪变点。

? （*）表示零点替代点，就是对有零点跟踪装置的电子天平，使用该点代替零点，一般取10d 或最小秤量代替。

? 再用同样方法测其他４个位置，要求各位置修正误差均小于该量程的最大允许误差。整个检测过程中天平不能恢复空载，否则零点跟踪装置会引入误差。

4.2 天平的重复性（检定项目二）

相同载荷多次测量结果的差值不得大于该载荷点下最大允许误差的绝对值。

5

1 4

2 3 1 4 2 3 5

1）检查天平的零点跟踪装置是否处于工作状态，如果未开启请设置为开启。（参见天平手册）

2）砝码的质量选择80%-100%最大秤量的单个砝码，测量次数不少于6次。 3）测量中每次加载前可置零。（参见天平手册） 4）测量数据记录于下表。

5）天平的重复性等于min max E E -，式中max E 为加载时天平示值误差的最大值；min E 为加载时天平示值误差的最小值；合格要求：MPE E E ≤-min max 。 =L

，L I E -=

序 号 示 值 I （） 误 差 E （ ） 最大允许 误差（ ）

重复性 （min max E E -）

1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

4.3 天平的示值误差（检定项目三）

各载荷点的示值误差不得超过该天平在该载荷是的最大允许误差。

1）测试时，载荷应从零载荷开始，逐渐地往上加载，直至加到天平的最大秤量，然后逐渐地卸下载荷，直到零载位置。

2）将试验载荷的载荷点填入下表，其中试验载荷必须包括：空载（零点替代点）；最小秤量；最大允许误差转换点所对应的载荷（或接近最大允许误差转变点）；最大秤量。 3）无论加载或卸载，应保证有足够的测量点数，这里不少于6个即可。 L L e I E -?-+=2

1，0E E E c -=(*)

位置 试验载荷 L （）

示值I

↓（ ）↑

附加砝码

△L ↓（ ）↑ 误差E

↓（ ）↑

修正误差E C ↓（ ）↑

最大允许 误差（ ）

1 （*）

2

3

4

5

6

7

8

9 10

5．参考文献

[1]赵朝前.力学计量[M].第一版.北京：中国计量出版社，2004.

[2]中国计量科学研究院. JJG 1036-2008 电子天平[S], 北京：国家质量监督检验检疫总局（发布），2008．

实验2 电子天平检定砝码

1 实验目的和要求

1)了解电子天平的工作原理。

2)熟悉利用电子天平检定砝码。

2 实验仪器及材料

梅特勒-托利多EL、AL系列电子天平，标准砝码，被检砝码及温湿度计和气压计等设备。

3 检定内容

3.1 检定室环境条件及设备

1）砝码的检定应在稳定的环境状况下，砝码的温度接近室温。砝码和衡量仪器之间的温度差值要尽量的小。实验室的温度变化量也有要求（具体各准确度等级砝码的环境状况见“宣贯教材”P37）。其中，湿度的上限是很重要的。

2）检定实验室不允许有容易察觉的振动和气流，应尽量远离振源和磁源。实验室内的天平和砝码应避免阳光直接照射。

3）当空气密度相对于1.2kg/m3变化超过10%，被检砝码的计算应采用真空质量值，折算质量值有真空质量值计算而来。

4）检定砝码时，实验室内需配备相应准确度的温度计、湿度计和压力计，以测量实验室内空气密度。实验室内配备气象参数测量设备的准确度参见“宣贯教材”P39。

3.2 检定前的准备

1）调整电子天平后端两个底脚高度，通过观察水平泡，将天平调整到水平位置。

2）接通电源，天平预热，达到平衡、稳定；

3）进行一次预加载。

3.3 检定项目

主要根据砝码的准确度等级和首次检定、后续检定等不同阶段根据国标选择检定项目。JJG 99-2006中的主要检定项目有：密度（或体积）、表面粗糙度、磁化率、永久磁性、折算质量等，本实验只对折算质量进行检定。

4 实验内容及步骤

实验采用目前计量部门及科研院所广泛应用的梅特勒-托利多电子天平进行砝码检定。

4.1 调节水平

在使用前须查看水平泡是否在黑圈内，如不在黑圈内请使用水平调节脚调整是水平泡至中央位置，每次

将天平放置到新位置或不慎使天平位置发生改变是，都应该调整水平。

4.2 预热

1）电子天平使用前必须检查供电电源电压是否与电子天平所需电源电压相符；

2）让秤盘空载并点击《on》键，天平进行显示自检（显示屏上的所有字段短时点亮），当天平回零时，天平开机完成。为了获得准确的称量结果，在使用前应通电预热以达到工作温度（d=0.0001g 60分钟，d=0.001g 30分钟）。

4.3 电子天平的选择原则

衡量仪器的计量特性在进行测量之前要已知。如果被检砝码进行空气浮力修正，则其合成标准不确定度（即重复性、灵敏度、分辨力、偏载等的合成）应不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的六分之一；如果被检砝码不进行空气浮力修正，则合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一。（JJG 99-2006）

由于实验分别采用单次替代法“ABA”和双次替代法“ABBA”对砝码的折算质量进行，两种方法中涉及电子天平的不确定度其实都只是重复性的标准不确定度，故本实验对于灵敏度、分辨率、线性、偏载等可以不予考虑，只考虑重复性的标准不确定度。需要考虑时，请参照文献[3]的附录3中的1.1和1.4。

4.4 选择被检砝码

1）根据4.3的原则，由实验所用电子天平的重复性（标准方差）计算出被检砝码质量最大允许误差（被检砝码不做空气浮力修正）。

2）结合所用电子天平的量程和下表选择合适的被检砝码。

表2.1 砝码最大允许误差绝对值（|MPE|，以mg为单位）

续表2.1

由于原标准JJG 99-1990与JJG 99-2006 的砝码等级划分有所不同，这里忽略磁化等其它因素的影响，视原一等砝码为E2等级砝码（实验时最好不要选用一等砝码为被检砝码，因为一等砝码（E2）为现有实验室最高等级的砝码，对标准砝码的选择不利），视原二等砝码为F1等级砝码，如果天平的重复性标准方差不能满足小于砝码（相应等级）最大允许误差绝对值的九分之一的要求，则将被检砝码降级处理，直到满足要求。

4.5 选择标准砝码

标准砝码至少应比被检砝码高一准确度等级，其质量扩展不确定度应不大于被检砝码质量最大允许误差的九分之一。（JJG 99-2006）

如果在量值传递过程中，标准砝码仅采用其质量标称值，则扩展不确定度的半宽等于它的最大允许误差的绝对值，且为矩形分布，此时的上等级标准砝码的扩展不确定度不满足相邻下一等级被检砝码扩展不确定度极限值的1/3，则不能邻等级传递，必须隔等级方能传递质量量值。（砝码—宣贯教材）

1）这里假定标准砝码符合以上条件，直接使用标准砝码的质量标称值。关于准确用扩展不确定度的计算及由扩展标准不确定度选择标准砝码的方法参见（JJG 99-2006 附录C ）

4.6 折算质量的检定

4.6.1 双次替代法（ABBA 循环）测量被检砝码与标准砝码间的折算质量差值c m

1）根据下表选择循环的次数。

表2.2 测量最少循环次数

2）电子天平预热预载完毕，将标准砝码轻放在秤盘中央，取砝码必须用镊子夹取，或带手套操作，以免砝码被粘污影响称量结果。

3）关严风罩玻璃门。

4）等显示屏上数字稳定并且显示屏左边的“〇”消失，达到稳定时间（天平使用手册）即可读取称量结果。记录称量结果，并将结果填入表2.3。

5）称量结束后，打开风罩玻璃门，取出标准砝码（用镊子或带手套操作）。

6）打开风罩，将被检砝码轻放在秤盘中央，取砝码必须用镊子夹取，或带手套操作，以免砝码被粘污影响称量结果。重复3-5的操作记录第一次被检砝码读数。

8）重复步骤6，记录第二次被检砝码读数。 9）重复2至5步骤，记录第二次标准砝码的读数称量完毕取出被检砝码，关严风罩玻璃门，求出被检砝码质量。

注意：各次测量的时间间隔应大致相同。

10）按下式计算c m ?。

2

2211i

t i r i r i t i ci I I I I I m +--=

?=?

式中，i I ?为电子天平的指示差值；I 为天平示值；t 为被检砝码的下角标；r 为标准砝码的下角标；i 为砝码检定的序列，如只检定一个砝码则i=1，两个砝码i=2。

表2.3 双次替代法折算质量原始记录表

检定环境温度： 相对湿度： 大气压力：

测量次序

电子天平示值（g ）

c m ?

最大允许误差

r1

t1

t2 r2

4.6.2 单次替代法（ABA 循环）测量被检砝码与标准砝码间的折算质量差值c m ?

操作过程与双次替代法类似，请参照4.6.1。数据记录于表2.4。

表2.4 单次替代法折算质量原始记录表

检定环境温度： 相对湿度： 大气压力：

测量次序

电子天平示值（g ）

c m ?

最大允许误差

r1

t1 r2

2

211i

r i r i t i ci I I I I m +-

=?=? 5 实验注意事项及预习要求

1）天平应放置于稳定的工作台上避免震动、气流及阳光的照射； 2）天平使用时动作要轻缓，称量是勿将手压在工作台上；

3）勿向秤盘上加载超过其量程范围的物体以免损坏天平。不能用手压秤盘或冲击秤盘。

6 实验报告要求

1）数据处理 2）实验报告内容 ⑴实验目的和要求 ⑵数据处理及实验结果 ⑶思考题

①什么是电子天平的内校准?

②使用电子天平时，如何消除重力加速度对称量结果的影响?

⑷讨论

7 参考文献

[1]赵朝前.力学计量[M].第一版.北京：中国计量出版社，2004.

[2]中国计量科学研究院. JJG 99-2006 砝码检定规程[S], 北京：国家质量监督检验检疫总局（发布），2006．

[3]姚弘. 砝码（国家计量技术法规统一宣贯教材）[M]. 第一版. 北京：中国计量出版社，2007.

[4]陈兴. 力学计量 [M]. 第二版.黄爱军，王学义，宫风顺，戚瑛，刘振中，王鹏，高茜.北京：中国计量出版社, 2006.

[5]李孝武.力学计量[M].第一版.刘景利，刘焕桥，沙克兰，戚瑛.北京：中国计量出版社，1999.

[6]