天平砝碼檢定誤差原因分析及改進措施

【摘要】天平砝碼是常用的計量標準裝置之一，用于檢定和校準各類稱重設備。在天平砝碼檢定過程中，經常會出現誤差，影響著測量結果的準確性和可靠性。本文深入分析了天平砝碼檢定誤差產生的原因，并提出相應的改進措施，以期有效改善天平砝碼的檢定精度。

【關鍵詞】計量檢定；天平砝碼；誤差

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.063

Analysis and Improvement Measures for the Errors in the Calibration of Balance Weights

YAO Jixiong

（Loudi Metrological Testing and Verification Institute， Loudi 417000， China）

Abstract： The balance weight is one of the commonly used metrological standard devices for verifying and calibrating various weighing equipment. However， errors often occur during the calibration process of balance weights， which affects the accuracy and reliability of measurement results. This article deeply analyzes the reasons for the calibration errors of balance weights and proposes corresponding measures to effectively improve the calibration accuracy.

Keywords： metrological verification； balance weight； error

在科學實驗、工業生產以及商品交易等領域，準確的測量結果是保證產品質量、判斷實驗結論和維護公平交易的基礎。而天平砝碼則承擔著作為計量標準來檢定和校準其他物體質量的重要任務。因此，對天平砝碼進行準確的檢定是確保測量結果可信度的關鍵步驟。通過對砝碼進行定期檢定，可以驗證其準確度，并且及時發現并糾正由于使用過程中引起的誤差。這樣可以保證天平測量系統始終處于可靠和精確的狀態，從而提高實驗數據和產品質量的可靠性。

首先，天平砝碼檢定對于保證質量控制具有重要意義。在各個行業，準確測量物體質量是非常關鍵的。因此，通過對天平砝碼進行周期性檢定，可以有效地控制產品質量，并保證生產過程中各項指標符合標準要求。其次，天平砝碼檢定對于科學研究具有重要意義。在科學實驗中，往往需要對試驗樣品進行精確測量以獲取可靠數據。而這些數據又是科學理論驗證和推進的基礎[1]。如果天平砝碼存在誤差，將直接影響實驗結果的準確性和可重復性。最后，天平砝碼檢定還可以保障經濟效益。在生產過程中，如果使用不準確或不穩定的天平進行質量控制，則可能導致產品質量下降、生產成本增加甚至是產品召回等問題。而這些問題都會給企業帶來巨大的經濟損失。通過對天平砝碼進行精確檢定，可以及時發現和糾正天平偏差，避免因質量問題而造成的經濟損失。

2.1溫度、濕度等環境因素

溫度是一個常見且重要的環境因素，它對天平性能產生直接影響。溫度變化會導致物體的體積和密度發生變化，從而可能引起天平示值的偏差。當溫度升高時，物體的體積會膨脹，密度減??；當溫度下降時，則相反。這種體積和密度的變化會導致天平測量結果與真實值之間存在差異[2]。同時，濕度也是一個不可忽視的環境因素。濕氣可以引起物體表面黏附水分，并改變物體的質量。特別是在高濕度環境下，水分會在砝碼表面形成一層細微的水膜，在稱量過程中可能導致示值上升或下降。此外，經過長時間使用，濕氣還可能使砝碼產生銹蝕，進一步影響其質量和準確性。除了溫度和濕度，其他環境因素（如大氣壓力、振動）等也可能對天平性能產生一定的影響。

2.2砝碼材料和制造工藝不合理

首先，砝碼的材料選擇對其精度至關重要。常見的砝碼材料包括鐵、銅、不銹鋼等。然而，在實際應用中，由于成本、加工難度等因素，一些低質量或者不適合的物質被作為制作砝碼的材料。這些材料可能存在著密度變化、帶有磁性或者發生化學反應等問題，從而引入了額外的誤差。其次，制造工藝對于砝碼的準確性也有很大影響。在制造過程中，如果沒有嚴格控制溫度、濕度以及其他環境因素，則可能會導致砝碼表面出現氧化、腐蝕或者變形等問題。這些表面缺陷會影響天平讀數，并引入額外的誤差。最后，砝碼的形狀和尺寸也會對其準確度產生影響。如果砝碼的形狀不規則或者尺寸精度不高，那么在校準過程中就會出現較大的誤差。因此，在制造砝碼時，需要嚴格控制形狀和尺寸的精度，以保證其準確性。

2.3砝碼使用過程中磨損和老化

砝碼在使用過程中，經常與其他金屬物體接觸或摩擦，這會導致其表面出現微小的劃痕和磨損。這種磨損會導致接觸面積減小或表面發生改變，進而影響到天平測量結果的準確性[3]。在砝碼表面形態發生改變時，由于形狀不規則或者表面存在劃痕等問題，與待校驗物體接觸的方式可能會發生變化。這種變化會導致接觸點的位置不準確或者接觸面積不均勻，進而引起測量結果的偏差。由于砝碼通常由金屬制成，其材料性質可能隨著時間推移而發生變化。例如，金屬材料在長時間使用過程中可能會發生塑性變形、晶粒尺寸增大、結構腐蝕等現象。這些變化會導致砝碼的質量和密度發生變化，進而影響到天平測量結果的準確性。金屬材料還可能因為氧化、腐蝕等原因而導致砝碼質量改變。這種質量的改變同樣會影響到天平讀數，并引入誤差。

2.4操作人員技術水平

首先，操作人員對天平使用方法的掌握程度直接關系到砝碼檢定過程中出現誤差的概率。如果操作人員不熟悉天平的使用方法，可能會導致讀數不準確，進而引發誤差。例如，在放置砝碼時，如果沒有正確地將砝碼放置在天平托盤上，并未確保其與托盤之間沒有雜物干擾，就會導致讀數錯誤。其次，對于天平零點和靈敏度等參數的不當調整也會帶來誤差。再次，操作規范性也是影響砝碼檢定誤差的重要因素之一。在進行砝碼稱量前如果沒有預先校準并調節好天平零點，可能會因為零點不準確而引起誤差。最后，操作人員對實驗環境和儀器設備的了解程度也會對砝碼檢定產生影響。操作人員需要了解實驗室內溫濕度、電磁場等環境因素對檢定結果產生的可能影響，并采取相應的措施進行校正或者調整，此外，對于儀器設備的性能特點和使用限制也需要有一定的了解，以便在實際操作中避免出現誤差。

3.1加強溫度、濕度等環境因素的控制

首先，要確保檢定實驗室內部的溫度和濕度能夠保持相對穩定。在天平砝碼檢定過程中，應該盡量控制實驗室內部的溫度在一個較為穩定的范圍內，并采取合適的措施來防止外界溫度變化對實驗室內部溫度造成影響。為了減少濕度對天平砝碼檢定結果的干擾，應該盡量控制實驗室內部濕度在一個適宜的范圍內，并采取必要的措施來防止濕度變化對實驗室內部濕度造成影響[4]。其次，大氣壓力的變化會導致砝碼受到空氣浮力的影響，進而產生誤差。對此，可在實驗室內設置恒定的大氣壓力環境，對于在特殊情況下的檢定需求，進行相應修正計算。再次，振動對砝碼檢定結果會產生影響，為了降低振動可以將天平和砝碼放置在穩固的臺面上，并使用減震裝置，避免出現人員活動、機器運轉等產生的振動。最后，在加強溫度、濕度等環境因素控制方面，可以選擇安裝恒溫恒濕設備。通過安裝恒溫恒濕設備，可以實現對實驗室內部溫度和濕度的精確控制。這樣可以有效減少溫度、濕度等環境因素對天平砝碼檢定結果的影響。

3.2使用高精度材料，優化制造工藝

首先，選擇高精度材料是減少天平砝碼檢定誤差的關鍵因素之一。目前市場上存在許多不同材質的砝碼，如鐵、銅、不銹鋼等。其中，不銹鋼具有較好的抗腐蝕性和穩定性，能夠保證長期使用時不易生銹或變形，從而提高了天平砝碼的準確性。此外，還可以選擇具有更高密度和更好機械強度的材料，以增加砝碼的質量穩定性和重復使用壽命。其次，在制造工藝方面進行優化也能夠有效改善天平砝碼的檢定誤差。傳統制造工藝中存在許多可能導致誤差產生的因素，如鑄造時溫度控制不準確、模具設計不合理等。通過優化這些制造工藝，可以降低砝碼的制造誤差，并提高其準確性和穩定性。對于不銹鋼材料的選擇，可以考慮采用高純度的不銹鋼材料，并進行精密加工和拋光處理，以保證砝碼表面的光滑度和平整度。同時，在鑄造過程中，需要嚴格控制鑄模溫度、冷卻速度等參數，以確保砝碼的尺寸精確度和質量穩定性。最后，在模具設計方面，可以采用先進的數控加工技術，提高模具的精度和制造效率。除了材料選擇和制造工藝優化外，還應加強對天平砝碼的質量檢測，通過建立完善的檢測體系和標準化操作流程，對每一批次生產出來的天平砝碼進行嚴格檢驗，確保其準確性符合規定要求。同時，在使用過程中也要注意對砝碼進行定期校準和維護，及時發現并解決可能存在的問題。

3.3加強砝碼使用中的檢修維護

首先，對于新購買的天平砝碼，在使用之前應進行首次檢定，可以將其與已經檢定過的標準砝碼進行比較，如果超出允許誤差，則需要對其進行調整或更換。其次，在日常使用過程中，應定期進行天平砝碼的檢查和校準[5]。一般來說，每個月或每季度都應該進行一次期間核查，可以通過將天平砝碼與核查標準進行比較來完成，如果發現有明顯誤差，則需要及時采取措施進行調整或更換。最后，在使用過程中還需要注意以下幾點：1）避免頻繁移動和碰撞。天平砝碼在使用過程中應盡量避免頻繁移動和碰撞，以免造成其內部結構的松動或損壞。2）防止腐蝕和污染。天平砝碼應存放在干燥、清潔的環境中，避免接觸到腐蝕性物質或污染物，以防止其表面受損或產生誤差。3）定期清潔。定期對天平砝碼進行清潔是必要的?？梢允褂靡恍睾偷那鍧崉┖蛙洸驾p輕擦拭其表面，以去除塵土和污垢。4）儲存合理。在不使用天平砝碼時，應將其儲存在干燥、無塵的地方，并且需要注意避免長時間堆放或壓力過大，以防止形變或損壞。

3.4加強培訓并改進檢定管理制度

為了保證操作人員具備專業的技能和知識，需要加強對操作人員的培訓。應制定詳細的培訓計劃，明確培訓內容、方式和時間安排。培訓內容可以包括天平砝碼的結構原理、使用方法、常見問題及處理方法等方面的知識。同時，還要選擇有經驗且技術過硬的專業人員擔任培訓師，在實際操作中進行示范指導，并對操作人員進行實踐演練，以提高其實際應用能力。此外，還可以組織相關知識競賽或交流會議，促使操作人員相互學習、交流經驗，不斷提升自身技術水平。

建立完善的檢定管理制度是確保天平砝碼檢定誤差改進的關鍵。首先，應明確檢定流程和標準的操作步驟，并將其編寫成操作程序，供操作人員執行。這樣可以確保每個環節都按照規定進行，并有明確的責任分工。其次，應建立健全的質量控制體系，對天平砝碼的采購、使用、維護和校準等方面進行管控。例如，在采購環節，應選擇合格可靠的供應商，并對砝碼進行嚴格驗收；在使用環節，要求操作人員按照操作程序使用天平砝碼，并及時記錄相關數據；在維護和檢定環節，要制定相應的計劃和程序，確保天平砝碼處于良好狀態。最后，還可以建立檢定結果追蹤機制，對每次檢定結果進行記錄和分析，通過統計和分析檢定結果中存在的誤差類型、頻率以及原因等信息，找出問題所在并提出改進措施，同時，還可以借助先進的技術手段如數據分析軟件來輔助分析工作。

綜上所述，引起天平砝碼檢定誤差的原因主要包含儀器設備問題、溫度濕度等環境因素、長時間使用產生的老化磨損及操作人員技術水平不高等。本文通過深入分析，可以幫助相關人員更好地認識到問題所在，找出解決問題的關鍵點，并有針對性地采取措施進行改進，這對于提高計量檢定工作的效果具有重要意義。

【參考文獻】

[1]閆昱樺.計量檢測標準中天平砝碼檢定誤差原因與控制[J].中國標準化，2023（2）：155-157.

[2]欒克舉.計量檢測中天平砝碼檢定誤差原因與控制研究[J].中國標準化，2023（8）：185-188.

[3]姜海明.計量檢測中天平砝碼檢定誤差原因與控制[J].大眾標準化，2022（1）：184-186.

[4]白巴根那.計量檢測中天平砝碼檢定誤差原因與控制研究[J].數碼-移動生活，2021（4）：328.

[5]撒媛.對計量檢測中天平砝碼檢定誤差原因與控制的思考[J].商品與質量，2021（9）：221.

【作者簡介】

姚繼雄，男，1976年出生，工程師，學士，研究方向為計量檢定與校準。

（編輯：李加鵬）