梅特勒-托利多電子天平的測試方法及 與中國計量檢定規程的比較(上)

在評估梅特勒-托利多(以下簡稱M-T)電子天平的計量性能時，不少人由于不了解或不熟悉其測試方法，往往采用了中國計量檢定規程中的測試方法，但又套用了M-T電子天平的計量評估標準(如:線性和重復性評估標準)，以致出現交叉性錯誤。本文詳細介紹了M-T電子天平的測試方法及在國內計量部門中大量使用的部分M-T電子天平的計量評估標準，以達到不同的測試方法采用對應的計量評估標準，從而避免上述錯誤發生。

一、梅特勒-托利多電子天平的測試方法

考慮到梅特勒-托利多電子天平在國內的計量部門和其他部門的廣泛使用，故對其計量性能的評估還應以*計量檢定規程中所采用的測試方法和計量評估標準為準。

1.概述

電子天平的主要計量性能有:偏載誤差(四角誤差)、線性誤差和重復性。這里，我們將描述M-T電子天平測試方法和允許誤差，并與中國計量檢定規程(以下簡稱JJG98-1990)方法做適當比較。

2.M-T天平的測試方法

(1)天平的計量特征數據

按《中華人民共和國計量器具型式批準證書》和*質量技術監督局制造計量器具許可證中所示，可讀性(即*小分度值d)好于10mg的M-T電子天平均已注明檢定標尺分度值

1e=10d

由于M-T公司根據天平的稱量范圍、可讀性(d)、傳感器機械結構等方面的原因，分別對各級、各類天平的四角誤差、線性誤差和重復性給出了各自的允許誤差表，并非像JJG98-1990規程中是根據統一的*大允許誤差表，用天平的檢定標尺分度值e來計算出天平的四角誤差、線性誤差和重復性的允差，進行計量性能評估。

因此M-T公司對電子天平計量性能評估與天平檢定標尺分度值e沒有依賴關系，M-T天平根據OIML R76國際建議規定，好于0.1mg的天平e=1mg。

(2)偏載檢驗(四角誤差)

偏載檢驗指在稱量盤上有規律地改變載荷位置，確定天平的示值是否不受載荷分布方式影響的一種檢驗。

天平的四角誤差是指各偏載點示值與中心點示值之差。其中*大差值應在我公司對該種天平規定的允許誤差之內。用于檢驗四角誤差的試驗載荷等于天平的*大秤量的1/3。

例如:AE240

量程為200g時，試驗載荷為80g，四角允差為±0.3mg；

量程為40g時，試驗載荷為10g，四角允差為±0.05mg。

有時難于找到合適的試驗載荷，經常采用等于天平*大秤量的1/2的試驗載荷。

例如:AT201試驗載荷為100g，四角允差為±0.15mg；

AT21試驗載荷為10g，四角允差為±0.6μg。

偏心位置的選擇:

對于圓形稱量盤的天平，砝碼應放在中間及前、后、左、右稱量盤的內緣處。如圖1(a)。

對于矩形稱量盤的大稱量天平，砝碼應放在如圖1(b)所示的中間及左前角、左后角、右前角、右后角位置上。

四角誤差檢驗方法:

將砝碼放置到稱量盤的中間，去皮，使顯示示值回零。再分別移動砝碼到稱量盤的前、后、左、右的內邊緣處，并記錄下各偏心位置的示值差。其中*大者應滿足M-T公司對該種天平規定的允差之內。如果四角超差，應予調整到允差之內。

由于采用了去皮回零的檢定方式，因此在每個偏心點所記錄下的示值差*是該點偏離中心點的四角誤差。

M-T天平所檢驗四角誤差的常用試驗載荷及允許誤差見下表。

(3)線性檢定

線性檢定是指加載試驗時，所加載荷與相應示值之間的線性關系好壞的一種評估，常用天平示值與理想線性直線即從零載到*大秤量的連線之間的正或負*大偏差值表示，如圖2。

線性檢定中，根據天平的可讀性和砝碼的級別準確度來確定采用哪種線性檢定方式。

對于天平可讀性低于0.1mg(含0.1mg)以下的各級、各類天平，如使用的砝碼為E2，F1等級別，只要砝碼的準確度滿足測試要求，均可采用直接比較法，如G系列、B系列、R系列、GB系列天平。測試的具體載荷點視天平稱量范圍選定，但必須注意空載和*大秤量這兩點是必檢點。例如:

AB 204選用50/100/150/200g

PB 303選用100/200/300g

PR 5002選用1000/2000/3000/4000/5000G

PG 1200 1-S選用3000/6000/9000/12000g

對于天平可讀性好于0.01mg(含0.01mg)的各類天平，必須采用E2等以上砝碼，由于E2等砝碼折算質量修正值的限制，M-T公司對這類天平采用分段去皮法。通常選擇零載荷(即空載點)和1/4載荷、1/2載荷、3/4載荷和全載荷作為檢測點。即五點四段法。如:AG 245，AT 201，AT21，AT20，MT5，UMT2等天平即采取此方法。

兩種檢定方法

(1)直接比較法(可讀性低于0.1mg以下天平)。去皮，并記錄零載示值0；逐漸單調往上加載，直至天平的*大秤量，并記錄各測量點的示值；其后，逐漸單調卸載，直到零載荷為止，并記錄各測量點的示值。誤差計算:對于可讀性低于0.1mg以下的天平，根據M-T公司所給該種天平的*大允許誤差范圍，逐點比較各載荷點加載示值誤差E(加載)和卸載示值誤差E(卸載)是否超過相應的允差范圍。

各種天平的*大允許誤差范圍可參見M-T公司的天平樣本。

(2)分段去皮法(可讀性好于0.01mg的天平)(以AT201為例)

選擇E2等50g砝碼2個(記作50g1和50g2)；E2等100g砝碼1個。去皮，→記錄零載示值O:將50g(記作50g1)放在秤盤上，→記錄示值D1(1/4載)；取下50g1，將50g(記作50g2)放在秤盤上，去皮，再將50g1放到秤盤上，→記錄示值D2(1/2載)；全部取下，將100g放在秤盤上，去皮，再將50g1放到秤盤上，→記錄示值D3(3/4載)；全部取下，將100g+50g2(=150g)放在秤盤上，去皮再將50g1放到秤盤上，→記錄示值D4(全載)。

記錄下的D1，D2，D3，D4均為相對應50g1的示值。由于這種檢定方式排除了50g2和100g砝碼的溫度漂移、空氣流動、示值偏差等因素引起的誤差，不失為一種檢定天平真正線性的方法。

誤差計算:對于可讀性0.01mg天平和好于0.01mg以上的天平，由于E2級砝碼的折算質量修正值的限制，無法進行直接比較，因此記錄下D1，D2，D3，D4這4個數據，用記錄下的D1，D2，D3，D4中的*大示值減去*小值再除以2作為天平的線性誤差。

(*大示值-*小示值)/2≤線性允差范圍

以AT201為例，線性允差為±0.12mg

(4)重復性檢定

重復性指在實際相同的條件下，在短時間內多次重復地將同一砝碼放置到稱量盤上稱量，所得多次稱量結果的差異。M-T公司對所有本公司的電子天平的重復性規定均是指多次稱量結果的一倍標準偏差(1S)值。

對于高分辨率的天平，重復性的優劣不僅取決于天平本身的性能，還與稱量的條件、環境以及檢定人員操作技能有著密切的關系。缺一都會影響到重復性的檢定結果。重復性是衡量天平性能的一個非常重要的指標。對重復性檢定，M-T公司還特別規定，分別對空載和加載兩種狀態進行檢定。

(1)各種不同類型天平的測量次數及試驗載荷如下表所示

缺插圖！

*試驗載荷用全載的天平主要有:AE240，AE200，AG104，AT20，AT21，AT200，AT201，MT5，UMT2，UMT5。

(2)在重復性檢定測試中所用的砝碼的等級高低是不重要的。

重復性檢定方法:

天平需要經過充分預熱，*好將砝碼放置到稱量室中同時預熱，使天平和砝碼完全達到熱平衡。然后再做重復性檢定；多次加載天平，使原處于休眠狀態的天平逐漸進入工作狀態，對于微量和半微量天平，只要秤盤在較長時間(>30分鐘)沒有稱量，重新再稱量前也需先進行一次簡短的加載，讓天平再次進入工作狀態，對天平示值不做記錄；校準天平，手動觸發對天平進行校準；去皮，使示值為零，并記錄；用長鑷子鉗，將砝碼輕輕放置到秤盤中間，并記錄；取下砝碼，等待示值穩定(*好能回零)，并記錄；再重復將同一砝碼輕輕放置到秤盤中間，注意盡可能將砝碼放置到中間同一位置，并記錄。

以下反復10次，分別記錄10次加載示值，10次空載示值。

在記錄測試數據時，采用數據穩定后10s～30s記錄，并注意每次間隔時間相同。*近，M-T公司對重復性檢定，已改用電腦和專用測試軟件進行。*后的重復性檢定結果用電腦計算直接給出一倍標準偏差(1S)值。

誤差計算:M-T公司對所有本公司天平的加載和空載重復性均是指一倍標準偏差(1S)值。標準偏差計算公式如下:

標準偏差的物理意義如下圖