砝码检定中使用的几种精密衡量法的分析探讨

砝码检定中使用的几种精密衡量法的分析探讨

李侦

淮南市计量测试检定所   232001

摘要：砝码的测定方法中往往使用精密衡量法，主要分为替换衡量法、连续替换衡量法和交换测量法等三种。它们被广泛采用在高精度和质量计量的检定传递工作中。这3种方法各有千秋，可以根据工作需要和砝码的准确度要求，选择合适的衡量方法。

关键词：砝码；检定；精密衡量法

引言

在国际质量量值的标准体系中，对砝码的级别界定相当严格，JJG99—2006《砝码》测定法规中提出“基准砝码最少应比被测定砝码高一精度级别”，确定了主标准器砝码的确定根据，相比于此，测量仪表的确定根据要繁琐些，JJG99—2006《砝码》测定法规中提出：测量仪表的称量特性，在开始测定前一定要知道。若被测砝码进行了空气浮力修正，则其合成的不确性(即重复性、灵敏度、分辨力、偏载等的合成)将不能大于被测砝码质量的容许偏差绝对值的六分之一；假设被测砝码质量未经空气浮力校正，其合成的不确度不能达到所测砝码质量的容许偏差绝对值的九分之一[1]。

一、替代衡量法

替代度量法是由法国物理学家波尔达提出来的，所以称为波尔达度量法。替代衡量法的具体操作步骤如下：

1.先把标准砝码置于天平的一秤盘内，然后再将对应于此标准砝码的平衡重量(如砝码等)放在另一秤盘中，加以调整平衡。然后打开天平，记下一般标准天平的三个连续回转点读数或微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数，然后关止天平。

2.先取下标准砝码，并向此秤盘中放入相同名义质量的未检砝码。开启平衡，如果天级已经失去了平衡，此时就可向质量轻于水的另一个秤盘中加入普通标准砝码，使整个天平重新回到均衡状态，同时记下普通标准天平的三个连续回转点读数以及微分标准(数字标尺)天平的二个停止点读数，然后关止天平[2]。

3.若在此载荷下的天平分度值事先没有测定，可将测天平分度值的标准小砝码放在天平的一个秤盘内。打开天平并记下普通标准天平的三个连续回转位读数，或微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数，然后关止天平。测量天平分度值的标准砝码所改变的天平平衡位置，与前面交代的相同。

4.将检定中所测得的天平标尺读数填入替代衡量法记录表中的有关栏内。

二、连续替代衡量法

连续的度量方法是门捷列夫发展来的，又称为门捷列夫度量方法。这些措施使天平由始至终保持在相同压力下，以便保持平衡精度的统一。连续替代衡量法的具体操作步骤如下：

1.首先，将一个名义质量总和不高于天平最大负荷的标准砝码群，置于天平的另一个秤盘内，这群标准砝码与被检砝码是一一对应的。在天平的另一个秤盘内，加放平衡重物可以保持稳定平衡之[3]。开启天平，先记下普通标准天平指针的三个连续回转位读数，或微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数，然后关止天平。

2.从标准砝码盘中，先取下一个序数最小的标准砝码，然后再取名义质量与其相等的一个被测砝码，放在这群标准砝码群内。打开天平，如果天平已失去了平衡，则在质量较轻的秤盘内加放标准砝码，使天平平衡。读出或记下了普通标准天平的三个连续回转点读数，或微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数，然后关止天平。

3.按照连续替代法检定序数表中的顺序，参考上面的操作方法，依次将秤盘内的标准砝码群，全部用被检砝码代替完为止。

4.测量平衡分度值时，首先要把测量分度值的普通标准砝码放在秤盘内，然后打开天平，记下普通标准天平的三个连续回转位读数以及微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数，以确定天平的分度值。

5.根据天平的最大载荷和准确度，可选择砝码组的部分或全部组合作为砝码群，进行上述步骤的检定[4]。若天平载荷或准确度达不到要求，整组砝码可以在不同称量范围的天平上分段(或分批)进行检定。

三、交换衡量法

交换衡量法，是由德国学者高斯提出来的概念，又叫高斯衡量法。交换衡量法的具体操作步骤如下：

1.先把被检查的标准砝码置于天平的某个秤盘内，然后再将与被检查砝码相同名义质量的标准砝码，置于另一秤盘中。然后开启天平，若天平失去平衡，应向较轻的秤盘里加放平衡重物，使天平指针由标牌分度中线向两侧摆动的分度数相等。对于阻尼天平，则应使天平恢复平衡。此后，相对无阻尼器的普通标牌天平来说，将在表上记下每三个回转时读数；对有阻尼器的分析天平如数字天平，可记下天平的二个静止位置读数，然后关止天平。

2.将二个秤盘中的砝码依次拔出并互换定位。如果秤盘上有平衡重物，应随同砝码一起移动。如果在互换砝码后，重新开启天平又失去了平衡，则应该向质量较轻的另一个秤盘里加放标准小砝码。这个标准小砝码可以使天平恢复平衡状态。然后，再记下普通标准天平指针摆动的三个连续回转时读数以及微分标准(数字标尺)天平的二个静止时读数，然后关止天平。

3.若在此载荷下的天平分度值事先不能测量，则把测定天平分度值的标准小砝码加到普通天平的另一个秤盘内，以启动平衡，并读出或记下了普通标准天平的三个连续回转位读数以及微分标准(数字标尺)天平的二个静止点读数。此标准的砝码可调整的天平平衡位置，对于一般标准天平来说应不少于三个分度圆直径，而对于大微分标准天平则应不少于二十个分度圆直径。

3结论

对于评价仪器的选用，和普通的不确定度评价方法的不同之处就在于分量是确定的，重点看最终的数据，而取值则是判断的关键，在选用中应注意以下几点：   

（1）重叠性值不论在什么类型测量仪表中的综合评价标准或不确定度评价中均是最重要的分数，在选用或购买测量仪表的时刻应该首先依据重叠性指数，即鉴别重叠性值的计量方法是极差法或标准偏差法(贝塞尔公式)，从而更精确地开展不确定性分析。

（2）要掌握测量设备的检定技术和分量确定技术。取值来源放大或采用的接近实际可视具体情况而定，越是采用实际情况评定的数据也越是接近实际，但注意这样的评定会因天平不同而改变。测量仪表的选型，是大质量量值传递工作中很重要的基础工作，JJG99—2006在《砝码》检定标准中，对各种级别砝码的测量工具的选择中使用了"相应的"一词，它的意思是指"相应的"衡量仪器要对应传递"相应"级别的砝码，只有通过正确评估测量仪器的标准不确性的方法，才可以实现恰当、适当的运用标准测量工具。不违反国际计量检定经济上合理的规定，但同时又保证了严格质量量传系统的计量检定人员所必须做到的职责与义务。

参考文献

[1]砝码的检定方法[J].乔岩,王凤翔.科技信息. 2012(25).

[2]常用玻璃量器容量测量结果的不确定度评定[J].张婧.化工管理. 2013(08).

[3]常用玻璃量器检定装置(衡量法)期间核查方法讨论与实例[J].胡涵,杨毅.中国计量. 2016(09).

[4]基于光度原理的移液器校准方法研究[J].张诚春,许诚,张怡雯.计量与测试技术. 2018(10).