電子天平幾種校準(zhǔn)方式及如何校正

你真的了解電子天平嗎？”之三——大有講究的“校準(zhǔn)”術(shù)
前情回顧在本系列上一期關(guān)于電子天平水平調(diào)節(jié)的分享中，小編主要針對水平調(diào)節(jié)的必要性、原理、以及調(diào)節(jié)方法等方面進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和通俗易懂的闡述，特別是就容易搞錯的調(diào)節(jié)規(guī)則與手法為大家總結(jié)了詳細(xì)的法則，相信小編手把手式的經(jīng)驗(yàn)傳授應(yīng)該能為大家的實(shí)際操作起到實(shí)質(zhì)性的幫助吧。水平調(diào)節(jié)的話題告一段落，本期小編將搬上天平的前期準(zhǔn)備工作中最重要也是最有講究的一環(huán)——校準(zhǔn)，那么在天平的校準(zhǔn)中，又有哪些值得關(guān)注的點(diǎn)呢？

老司機(jī)也難免會混淆的微妙概念
早在中學(xué)物理課本里，我們就學(xué)過物體的重量G=mg（m為物體的質(zhì)量，g為重力加速度），對于同一個物體，無論把它放置在地球上的任一位置，它的質(zhì)量都是不會發(fā)生變化的。然而，重力加速度g的值在地球上的不同地方是會有微小差異的，因此同一物體在不同地方的重量是不相同的。而電子天平則是采用電磁力與被測物體的重力相平衡的原理來測量物體的重量，并經(jīng)過內(nèi)部程序計(jì)算和顯示出物體的質(zhì)量，這與托盤天平的稱量原理是不同的，所以就會出現(xiàn)同一臺電子天平在不同地方稱量同一個物體會顯示不同的質(zhì)量結(jié)果。此外，諸如溫度、濕度等環(huán)境因素也會影響電子天平的傳感器，導(dǎo)致稱量結(jié)果的誤差。
電子天平幾種校準(zhǔn)方式及如何校正
為了避免不確定因素帶來的不良影響，就需要在使用電子天平之前進(jìn)行校準(zhǔn)，并在使用周期中進(jìn)行定期的校準(zhǔn)，特別是在對稱量結(jié)果準(zhǔn)確度和精確度敏感的應(yīng)用中。校準(zhǔn)（Calibration），是通過一組稱量活動，來檢測天平的各項(xiàng)計(jì)量性能，包括誤差和不確定度的分析等。作為一種良好的稱量習(xí)慣，校準(zhǔn)能夠有效地保證稱量的可靠性。通過校準(zhǔn)，能夠檢測出天平的工作性能，避免物料浪費(fèi)、返工、過渡使用后的產(chǎn)品召回，定期校準(zhǔn)并執(zhí)行日常測試是降低相關(guān)風(fēng)險的最佳方法。

然而，對于一字之差的“校正”，含義卻有微妙的差別。校正（Adjustment），又稱標(biāo)定，是在測量系統(tǒng)中進(jìn)行的一組操作，提供與將要測量的數(shù)量的給定值一致的規(guī)定指示。天平在投入使用前、工作一段時間以后、或者變更位置后，都需要進(jìn)行校正，以消除重力加速度、環(huán)境干擾因素等導(dǎo)致的稱量誤差。通常，需要使用高精度的標(biāo)準(zhǔn)砝碼來對天平進(jìn)行量程校正。綜上所述，通過定期的校準(zhǔn)和校正，可以減少天平的稱量誤差，并且對天平的計(jì)量性能有一個全面的把握，確保稱量結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的要求。
在日常工作中，大家往往比較容易混淆“校準(zhǔn)”和“校正”的概念，對于這種嚴(yán)格意義上微妙差別，習(xí)慣上大家會有一定程度的通用性，校正也可以被認(rèn)為是狹義上的校準(zhǔn)，本文接下來的內(nèi)容主要是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行討論。

走近極致考究的校準(zhǔn)術(shù)

關(guān)于砝碼的學(xué)問談到校準(zhǔn)，起到至關(guān)重要作用的就是砝碼。砝碼是具有一定物理特性和計(jì)量特性且能夠復(fù)現(xiàn)質(zhì)量值的一種實(shí)物量具，關(guān)于其形狀、尺寸、材料、表面狀況、密度、磁性、質(zhì)量標(biāo)稱值、最大允許誤差等指標(biāo)都有非常嚴(yán)格的規(guī)定。作為標(biāo)定、校驗(yàn)衡器的最普遍也是最重要的工具，國際法制計(jì)量組織（OIML）對砝碼進(jìn)行了明確的等級劃分，共分為9個等級：E1、E2、F1、F2、M1、M1–2、M2、M2–3、M3，等是按照不確定度來分，等砝碼有修正值；級是按照示值誤差來分，級砝碼沒有修正值，只要其示值誤差在此范圍內(nèi)都是認(rèn)為合格的。在砝碼的眾多指標(biāo)當(dāng)中，和校準(zhǔn)關(guān)聯(lián)度最高的就是最大允許誤差（MPE）了，國際相關(guān)法規(guī)條款對各個等級的砝碼的MPE有明確的規(guī)定，以下表格是對電子天平所常用質(zhì)量標(biāo)稱值砝碼MPE的說明（誤差值以毫克為單位）：

從上圖可看出，在相同質(zhì)量標(biāo)稱值的情況下，MPE的大小跟砝碼等級的高低成反比；在相同砝碼等級的情況下，MPE的大小跟質(zhì)量標(biāo)稱值的大小成正比。同時，在國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定里，根據(jù)檢定分度值e和檢定分度數(shù)n將電子天平分為四個準(zhǔn)確度級別，由高到低依次為特種Ⅰ、高Ⅱ、中Ⅲ、普通Ⅳ準(zhǔn)確度級。結(jié)合砝碼MPE的變化趨勢可得出，準(zhǔn)確度越高的天平需要用越高等級的砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣校準(zhǔn)天平的數(shù)據(jù)就越精準(zhǔn)。比如十萬分之一和萬分之一天平應(yīng)選用E級系列砝碼校準(zhǔn)，千分之一天平應(yīng)選用E2或F1級砝碼進(jìn)行校準(zhǔn)，以此類推。

校準(zhǔn)的分類
從校準(zhǔn)的用途上來講分為“量程校準(zhǔn)”和“線性校準(zhǔn)”，在制造和維修過程中需要結(jié)合兩種校準(zhǔn)方式共同實(shí)施，而日常使用過程一般只需做量程校準(zhǔn)。量程校準(zhǔn)主要是在當(dāng)前稱量環(huán)境下對天平進(jìn)行賦值，通過稱量一個已知質(zhì)量的砝碼，來獲得實(shí)際值和顯示值之間的比例關(guān)系，作為以后稱量顯示值計(jì)算的系數(shù)，目的是消除不同緯度及海拔高度對稱量結(jié)果的影響、環(huán)境溫度變化對稱量結(jié)果的影響，以及天平使用一段時間后積累的誤差。通常，量程校準(zhǔn)采用比較簡單的兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，第一個點(diǎn)為零點(diǎn)，第二個點(diǎn)為天平的最大量程，日常操作起來比較容易，能夠使天平快速適應(yīng)當(dāng)前的稱量環(huán)境，保證整個量程范圍內(nèi)的稱量準(zhǔn)確，是實(shí)驗(yàn)室工作人員一種普遍的校準(zhǔn)方法。

線性校準(zhǔn)主要是通過對全量程范圍內(nèi)的多個點(diǎn)的稱量結(jié)果的線性化來消除誤差，使得顯示稱量結(jié)果與參考質(zhì)量的比例接近相同。一般來說是在3個點(diǎn)設(shè)置電子天平，即零點(diǎn)、半量程和最大量程。天平經(jīng)過線性校準(zhǔn)后，其全量程線性誤差通常表現(xiàn)為S型，即在零點(diǎn)、半量程、滿量程3個校準(zhǔn)點(diǎn)誤差很小，在1/4，3/4滿量程點(diǎn)誤差相對較大。為獲得更好的線性，可以采取多點(diǎn)修正的方式，比如制造過程中往往采用更科學(xué)的5點(diǎn)線性法。當(dāng)然數(shù)學(xué)修正只是輔助的，天平的示值誤差還是取決于其本身的真實(shí)性能。

以上兩圖描述了電子天平在實(shí)際載荷m和稱量示值W之間的線性關(guān)系，左圖的直線為理想線性特征曲線，右圖為實(shí)測曲線（非線性曲線）與理想直線的對比，其中非線性就是指不按比例、不成直線的關(guān)系，且函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)不為常數(shù)。m0處的NL為稱量示值與實(shí)際負(fù)載間的非線性誤差。在天平的稱量規(guī)格說明書中，線性通常表述為在不斷增加負(fù)載的測試中得到的最大誤差值（以克為質(zhì)量單位），誤差值越小，說明線性度越高，稱量越準(zhǔn)確。
由于線性校準(zhǔn)采用的是分段誤差比較，節(jié)點(diǎn)越多，非線性誤差就越小，實(shí)測曲線就越接近于理想的擬合直線，因此線性校準(zhǔn)是保證每一個稱量范圍都做到最大程度的準(zhǔn)確，從而對校準(zhǔn)的條件會有更加嚴(yán)格的要求。通常，線性校準(zhǔn)過程在恒溫恒濕的環(huán)境下，由機(jī)械手自動完成。校準(zhǔn)時需準(zhǔn)備相應(yīng)的多個砝碼，非專業(yè)人員嚴(yán)禁私自進(jìn)行操作，否則不能恢復(fù)原有程序，影響天平的正常使用。
綜上所述，量程校準(zhǔn)和線性校準(zhǔn)各有各自的特點(diǎn)和用途，將二者結(jié)合能夠有效提升校準(zhǔn)的質(zhì)量。

從校準(zhǔn)的方法上來講分為內(nèi)校和外校。內(nèi)校是指利用電子天平內(nèi)部安裝的校準(zhǔn)砝碼并遵循內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時只需按一下校準(zhǔn)鍵，電機(jī)會驅(qū)動帶內(nèi)置砝碼的升降裝置，對天平進(jìn)行加載，從而實(shí)施并完成校準(zhǔn)。

外校是指利用外部砝碼對天平本身誤差進(jìn)行修正的方式進(jìn)行校準(zhǔn)。事先需檢查外部砝碼是否通過檢定，并在檢定有效期內(nèi)，主要是為了確保砝碼滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)物量具的控制要求。開始校準(zhǔn)時先按下校準(zhǔn)鍵，再通過手動把指定量程的砝碼放到電子天平秤盤上，來完成校準(zhǔn)過程。
通常，外部砝碼可能會受到灰塵沾染、日常磨損和酸堿腐蝕等自然因素的不良影響，所以為了保證計(jì)量工作的準(zhǔn)確性，外部砝碼也需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，常常需付費(fèi)請省（市）級計(jì)量院做測試；再加上人為拿錯砝碼的可能性，因此外校型天平對人為操作的要求會更加苛刻。而內(nèi)置砝碼的天平一般不會出現(xiàn)這些情況，并可以通過修改天平的校正程序參數(shù)來修正偏差。綜上所述，內(nèi)?？梢杂行П苊獠淮_定因素所造成的誤差，相比外校是一種更加節(jié)約成本的方法。

無論是內(nèi)校還是外校，電子天平在使用之前都必須進(jìn)行預(yù)熱（萬分之一位天平需要至少1個小時的預(yù)熱），其次進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，之后就可以開始進(jìn)行校準(zhǔn)了（以下步驟為傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法，具體不同品牌和型號的天平會有一定的差異）：
第一，確保秤盤上沒有稱量物品時應(yīng)穩(wěn)定地顯示為零位。
第二，按“CAL”鍵，啟動電子天平的校準(zhǔn)功能。
第三，內(nèi)校型天平的顯示器由“C”變成零位時，表示校準(zhǔn)結(jié)束；外校型天平的顯示器上首先顯示需要準(zhǔn)備的砝碼的質(zhì)量值，其次將與天平準(zhǔn)確度級別相對應(yīng)等級的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放在天平的秤盤上。當(dāng)屏幕顯示值不變時，取出砝碼，屏幕顯示“Done”之后說明已經(jīng)完成校準(zhǔn)。
第四，如果在校準(zhǔn)中出現(xiàn)錯誤，電子天平顯示器將顯示“Err”，或“Time out”，應(yīng)重新進(jìn)行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)術(shù)的變革
——奧豪斯AutoCal?全自動校準(zhǔn)技術(shù)
怎么樣，看過了上面的詳細(xì)介紹，你有沒有發(fā)現(xiàn)校準(zhǔn)是一門相當(dāng)有技術(shù)含量的學(xué)問呢？其實(shí)，隨著稱量技術(shù)日新月異的發(fā)展，校準(zhǔn)手段也越來越趨于人性化。如果你還在為傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法中麻煩的人為操作而發(fā)愁，那不妨來看看為天平校準(zhǔn)帶來全新變革的奧豪斯AutoCal?全自動校準(zhǔn)技術(shù)吧！

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