苏州吴江区实验室器具计量校准机构

浅析电子天平计量检定的几个问题
    电子天平在正式使用前期进行仪器计量检定，以天平计量性能，提高天平使用质量。但是，天平计量检定期间一定要做好检定控制，以免因检定方法不当而出现错误诊断，让不符合计量标准要求的天平设备投入使用，影响天平计量效果。下面，我们对电子天平计量检定的必要性以及其中存在的问题进行分析。
    1、电子天平计量检定的必要性
    电子天平计量检定是天平使用前期的一项重要工作，具有天平质量，完善天平性能的作用。仪器计量检定的实质是对天平计量性能进行检验，通过周期检定、出厂检定、进口检定等多种方式，天平性能的完善。如果电子天平的计量检定工作做不好，或者天平使用前期并没有执行计量检定，则天平的计量性能可能会存在瑕疵，应用到实际工作之后，难免会发生计量不问题。所以对电子天平的使用来说，在使用前期做好计量检定工作，是必要而且必然的。
    2、如何对电子天平进行分级和判定其各项允差
    目前生产电子天平的厂家比较多，有个别厂家在产品说明中未能详细的标识其性能指标，或者是标识不规范、不统一，有的给出级别，有的不给出级别。比如有的电子天平明确了实际标尺分度值d，而未标明它的检定分度值e，这对于使用者来说会误以为d=e，认为电子天平能分辨出小的值就是它本身能够称量的准确数值。而对于计量检定人员来讲，确定电子天平的检定标尺分度值e非常关键，因为e是用来评定其准确度级别以及大允许误差的依据:在计量检定中若各项参数指标的大示值误差均不大于1d，我们确定e=d;如果各项参数指标大示值误差均小于10d，我们确定e=10d。
    3、电子天平的计量检定内容
    电子天平常规计量检定工作所包括的内容主要有以下几项:
   (1) 天平的灵敏度与鉴别力。灵敏度指天平的计量、读数灵敏性，这是电子天平具备的一项计量性能，对电子天平的实用价值有直接性影响。
   (2) 天平的大允许误差。大允许误差也称“称量线形误差”，对天平实际载荷量有影响，计量检定期间重视该性能检定。
   (3) 做好天平配衡的检定，以免导致天平在应用实践时无法配衡，影响天平称量结果。表1为电子天平的大允许误差统计图。

    为了能更深入的对电子天平计量检定问题进行探讨，下面对天平计量检定的主要内容做具体分析，内容如下:
   1) 灵敏度与鉴别力的检定。电子天平计量检定中的灵敏度主要指分度灵敏度，其在数值上应正好等于该天平相应载荷的检定分度值。对具有数字指示和自动或半自动的仪器校准装置的电子天平，可以该天平的灵敏度。
   2) 电子天平各载荷点的大允许误差的检定。开机预热，然后按照说明书的操作程序对电子天平进行仪器校准，仪器校准完毕，显示零位。
从零载荷开始，逐渐单调往上加载，直至加到天平的大称量值时，然后再逐渐单调卸载，直至零载荷为1下。
   3) 电子天平偏载检定。对于标准天平，试验载荷等于天平的大称量，其四角误差等于大示值减小示值。对于工作用天平，试验载荷等于天平大载荷的三分之一，其四角误差等于各点的示值与中心点的示值之差中的大者。
   4) 电子天平配衡功能的检查。对于新购置的电子天平应检查其配衡功能，一般选取两个载荷点，即:(1/3)Max，(2/3)Max。在相同载荷下所得两结果之间的差值，不得超过该载荷时的大允许误差的值。
    4、计量检定过程中需要注意的问题
    电子天平计量检定要选对方法，并严格做好检定质量控制，防止错误发生。结合以往天平的计量检定工作经验，我们认为，电子天平计量检定注意以下几方面的问题:
   (1) 标准砝码的选取要合理、正确。标准砝码的选取应当坚持合理性、正确性。实际选择时，所选择的砝码对象可以是级砝码，也可以是等砝码，主要根据计量对象的估重来选择。要注意的是，砝码误差要受到严格控制，一般不可超过天平大允许误差的三分之一。另外，计量检定中所选择的标准砝码的量程要适当，以恰好覆盖或超过覆盖天平的大称量范围为主，这样更利于天平性能检定。
   (2) 重视天平的问题。某些电子天平具有能力，常见情况有三种:一,当电子天平的d小于或等于1mg，天平的鉴别力可以不检定;二,电子天平的e与d不相等时，天平鉴别力也可以不检定;三,某些自身便具备自动校准功能的天平，以及具有数字指示的天平，其鉴别力也可以。除了以上三种情况之外，电子天平在正式使用前期都要做好的计量检定，以此确保天平性能的完善。
   (3) 所出具的检定证书要规范。电子天平检定完成，检定人员都要根据检定结果为天平编制检定证书，或者检定结果通知书，以此作为天平的使用通行证。我们认为仪器检定证书的编制与出具是一项法律性较强的工作，应当引起工作人员的重视。电子天平检定证书的编制依照相关法律要求，证书内容涵盖《GJB2725-96》"4.1"要素，确保天平检定结果的准确、可行。
    总而言之，对电子天平应用来说，电子天平计量检定尤为重要，它不但能电子天平的计量性能，确保天平计量工作的顺利开展，还能优化天平计量结果，提高计量结果的准确性。因此在电子天平计量检定工作中，检定人员一定要做好计量检定控制，做到检定工作的规范化以及检定结果的准确化，这样才能为电子天平的实用价值发挥提供技术条件。

雾度计的仪器计量与仪器校准的研究
    雾度计是用于测试透明、半透明样品雾度的仪器，广泛应用于工农业各个领域。在雾度计校准过程中，有两个关键性的参数:雾度一透过试样而偏离入射光方向的散射光通量与透射光通量之比，用百分数表示;透光率一透过试样的光通量和射到试样上的光通量之比，用百分数表示。
    目前，雾度计的仪器校准所依据的计量技术规范是JJF 1303-2011《雾度计校准规范》，但在使用过程中往往会遇到一些函待解决的实际问题。我们针对JJF 1303中要求的校准过程，并结合日常工作的应用情况，提出3点值得深入探讨的问题，以求相关人员共同研究与探讨，从而使雾度测定仪的校准能够得到更为准确的测量结果，量值传递的可靠性。
1、环境因素直接影响雾度值的测量结果
    雾度标准片对所处环境，特别是温度、相对湿度比较敏感，这是由雾度标准片的材质和制造工艺决定的。雾度标准片在研制过程中，采用高分子有机材料作为基质，均匀掺杂适量无明显荧光特性的散光剂，经过高温、均匀性试验等严格工艺过程制作而成叫。擦拭或摩擦雾度标准片，容易破坏表而分子结构的排列，产生数据偏差。这就造成了当雾度标准片表而起雾时不可擦拭的现状，从而对其进行仪器校准过程中所处的环境条件有一定的约束。
   JJF 1303中给出的环境参考温度为(23±5)℃，相对湿度≦80%，是一对比较宽泛的范围值，而在实际校准过程中，还有不少因素值得注意。为此，进行了两项实验，分别模拟日常雾度值校准的情况，以验证环境因素对雾度值测量的影响及其程度。
1. 1高低温差影响
    当校准人员携带雾度标准片至校准现场时，如果室外环境温度和湿度相对于校准现场内环境的温、湿度差别较大，雾度标准片表而易起雾。此时，读取的雾度和透光率值会偏离正常值，直接导致判定的偏差。
    取一台测试结果计算重复性为0.034%的WUT-S透光率雾度测定仪，以室温(20±1)℃、相对湿度60%为基准，先测得整套(5片)雾度标准片相应雾度实测值Hd，及透射比实测值t，得到组数据，如表1所示。保持室内相对湿度60%不变，下而给出高低温试验的两种情况分析。
    情况1:保持环境湿度不变，将整套雾度标准片静置于20℃(模拟上海地区冬天的室外温度)恒温恒湿箱中等温20 min，取出后即在室温20℃的恒温试验室中观察雾度值的变化，得到第二组数据(见表1)。

    情况2:将此套雾度标准片静置于40℃(模拟上海地区夏天的室外温度)恒温恒湿箱中等温20min,取出后即在室温20℃左右的恒温试验室中观察雾度值的变化，得到第三组数据(见表1〕。
    值得注意的是，将第二组实验中测出雾度值为1.61的雾度标准片在20℃左右的实验室中等温30 min,测得其雾度值为1.50。
    通过表1数据的对比分析，可得知严寒或酷暑的天气，确实对雾度片的校准产生一定影响。为测量值的准确可靠，在室内外温差较大的情况下，需将标准雾度片等温30min及以上方可适宜进行计量校准测试。
1. 2自然天气影响
    连日阴雨天气会导致空气中湿度增大，也可能会引起雾度标准片表而起雾，从而使读数产生误差。下面给出相对湿度试验的情况分析。
    在室内温度基本不变的情况下改变湿度条件，以测算雾度标准片的雾度值在不同湿度环境条件中是否对检测结果产生影响。将实验室室温控制在(20±2)℃，利用除湿、加湿设备改变空气中湿度并时刻关注温湿度的变化。取雾度值为10左右的雾度标准片进行测试，得到表2所示数据。

    从表2数据分析可知，当温度保持不变、相对湿度超过70%时，雾度仪测量的准确度将受到较大影响。
    综合考虑以上情况，测试时对操作环境的温度和湿度一定要严格把关。在影响雾度值测量的阴雨天，对校准现场进行除湿处理，且校准过程需在通风、干燥的环境中进行，以数据的准确与稳定。
 
2、雾度标准片示值误差分析
    在实际校准工作中，有不少客户会对JJF 1303提出很多疑问。其中，提出多的问题是相对示值误差范围与中国计量科学研究院给出的标准雾度片不确定度是否存在矛盾。现给出以下分析。
    在JJF 1303中，条款7.3给出雾度示值误差与重复性计算，ΔHd为每片标准雾度片测量的雾度示值误差即误差。目前中国计量科学研究院给出5块标准雾度片的不确定度均为U(Hd)=0.30;k=2。
    通常，光学仪器的标准器不确定度一般不超过示值误差，即
                U(Hd)≦ΔHd                         (1)
否则在判定上其给出的不确定度不能起到约束作用，就没有意义了。在JJF 1303中仅给出供参考的标准雾度片相对示值误差δHd，要求在±5%以内。
    将误差换算成相对示值误差的公式为:
               δHd=ΔHd/Hds×                    (2)
式中，Hds为各雾度片的雾度标准值。
    根据JJF 1303，应符合-5%<δhd<+5%。将式(2)代入，可得到< p="">
               -5%·Hds<δhd,<+5%·hds              (3)
    如取小值雾度为1的标准片，即H},, -1，代入式(3)中，计算得到
                -0.05<δhd<+0.05 4="" p="">
    在不确定度U(Hd)为0.30时，由公式(1)可知ΔHd≧0.3 ,导致与式(4)相互矛盾的结论。
    同理，对雾度值为5的标准雾度片，其示值误差为±0.25，此时不确定度也大于示值误差。详细说明见表3和表4。
 
 
 
    由此可以设想:
   (1)是否能对每一块标准雾度片给出相对应的、不同的不确定度。
   (2)是否可以采用相对不确定度来替代现在中国计量科学研究院给出的不确定度。
   (3)是否可以对雾度仪进行分段设置示值误差来规定仪器雾度的参数。如上海仪电物理光学仪器有限公司生产的雾度仪，其出厂检验标准定为雾度Hd≦1.00的示值误差为±0.10,Hd>1.00的示值误差为±0.50。当然，也可以把分段指标分得更详细，如按照JJF 1303规定使用的雾度值1,5,10,20,30的标准片来进行分段，雾度值为1～10给出其示值误差，雾度值为11～20再给出相应的示值误差，以此类推。
3雾度计的仪器校准值及间隔的影响
    仪器校准一台雾度计时，根据JJF 1303要求，使用雾度值为1,5,10,20,30的5块雾度标准片进行校准。所选用的雾度值固定不变且间隔范围较大，会使不合格产品变为合格产品。一些厂家只针对JJF 1303规定的5个校准点对雾度计进行电脑数据修正，重利益而忽视仪器的准确性。按JJF 1303要求用5块雾度标准片校准仪器时，必定符合要求才可判定为合格。然而，此台仪器不一定在其他雾度点上也都能符合JJF 1303要求。若使用雾度值为3,7,15,25等雾度片去测量，所测出的值还会落在JJF 1303要求的误差区间内吗?如果答案是否，这将会给产品带来误判。
    针对上述情况，选取一组理想的雾度计值和一组不合格的雾度计值用雾度标准片进行测试，并通过线性回归分析给出雾度测量值和雾度标准值的变化曲线。如图1所示，直观地表明雾度仪器生产可能存在的问题。

    针对这一问题，给出以下两种方案:
   (1)JJF 1303中能否给出雾度值不固定的5块雾度标准片，用作仪器的校准。即可以选取固定的雾度值间隔和固定的雾度点检测数量，但不规定具体的雾度值。比如，可以使用雾度值为1,5,10,20,30的雾度标准片做校准，也可以使用0.5,3,7,15,25的雾度标准片做校准。只要校准点在测量范围内分散分布即可，使厂家没有固定参考值来修正雾度点，从而仪器的准确性。
 
    (2)增加雾度标准片数量。优点是增加了雾度值检测的点数，使仪器的判定能够更准确;缺点是雾度标准片片数的增加必定会增加制造成本，同时也增加校准成本，导致产品制造成本的上升。
4结语
    以上提出了在对雾度仪的校准过程中所遇到的几点问题，并给出相应的解决方案，供行业内相关人士探讨与交流，以使雾度仪的量值传递更规范准确，仪器计量校准工作更公平公正。

电学仪器计量常见故障排除方法
基于欧姆定律、法拉第定律及麦克斯韦电磁理论，电磁仪器计量得以在实际生产、生活及科学研究中应用。电磁计量仪器可以分为两个部分，即电学计量仪器和磁学计量仪器。其中前者相对于后者具有发现研究早、检测技术成熟完善、准确度高、应用广泛的特点。而在实际当使用中，常存在使用不当、测试环境恶劣、自然老化等人为或自然因素导致的计量仪器测定数据不准确的现象，严重时甚至导致仪器损坏报废。故此，我们针对应用广泛的电学计量仪器常见的故障进行论述，并总结相应的故障排除方法。
1   电学计量仪器常见故障及原因
电学计量仪器主要包括以下几类：直流仪器类、交流仪器类、 电气测量仪器类、携带式电工仪表类、安装式电表类无线电测试仪器及仪器校准等类别。由于电学计量仪器的种类众多，故以其中的交流电气类、电气测量仪器类及无线电测试仪器类为例，以期能代表性的总结电学计量仪器的常见故障及原因。
1.1  交流电气类
生活中我们经常使用到交流电，相应的交流计量仪器则也是常见，例如三相调压器、交流耐压测试仪、三相交流仪表校验台及数字工频频率表等。交流耐压测试仪主要用于各种电机、电器、仪器仪表和家用电器以及强电系统的安全耐压和漏电流的测定。在测试过程中，随着电压的升高，电压的稍微增大变化，电流便急剧增加，从而产生电压谐振。在这中情况下，仪器很可能将被测试样品击穿。一方面，损坏被测试样品。另一方面，激增的电流会使得电压互感器（PT）烧毁、爆炸。终导致测试设备元件的损坏及整个仪器的不可使用。
1.2  电气测量仪器类
电气测量仪器包括了万用表、示波器、应变仪、电压电流通断测试仪及钳形电流表等。其中万用表是综合性仪表，可以测量交流或直流的电压，还可以测量元件的电阻以及晶体管的一般参数和放大器的增益等。万用表转换开关的接线较为复杂，因此故障往往也出现在接线之间。如分流电阻焊接不良或短路，则会导致直流电阻读数有时偏大，有时偏小。选择开关的烧坏、接触不良或附加电阻脱焊，则会导致某量程电压回路不通，而其他量程正常。
1.3  无线电测试仪器类
无线电测试仪器中具代表性的是无线电综合测试仪，它可以作为频率计、功率计、调制度计、信纳比仪，数字电压表、示波器及频谱仪等使用。由于采用大规模集成电路及微机控制测量数据，故此常出现的故障往往是一般性的故障，如：保险丝烧断、电源线接触不良等，此类不再赘述。这里只论述集成电路易出现的问题。集成电路可能出现某处电路铜箔存在细微裂痕、铝电解电容发热、驱动继电器晶体管损坏、高通滤波电容爆裂，电路的电压不升高、峰值保持电路的保持特性不好等现象，此类问题的出现往往容易造成整个仪器系统的不正常运转或根本无法运作。
由以上三类电气计量仪器常见故障分析，我们可以知道，仪器设备本身测试原理及结构特性是故障发生类别不同的主要原因，有些故障发生是由于本身测试存在一个不稳定过程，而有些则是仪器结构设计较为复杂引起，因此维修人员要不断积累每类仪器设备的测试原理及结构知识，才能在故障发生时准确的判断并排除。
2   排除方法与流程
2.1  故障现象调查与观察
维修人员在维修时，应向用户询问在何种情况下仪器设备发生故障现象，包括操作人员的熟练程度、故障发生时出现何种现象，如：烧焦气味、异常响动等、仪器所处环境是否有强磁场作用等。仔细询问故障发生的每一个细节并作好详细的记录，是下一步进行维修的关键，它能有效减少误判几率，提高维修的准确度及效率。
在清楚故障发生的整个过程之后，维修人员要亲自观察损坏仪器设备的情况。依据由外及里、先简后繁的原则。主要采取有两种方式进行。种，观察仪器设备的外观，主要包括了电源线接触情况、各个按键或旋钮的损坏情况等。如果在外观上观察不出明显的故障点，则需要将仪器设备进行简单的拆卸，仔细观察内部元件是否有明显的损坏。第二种，通电观察，在故障的发生之后，很多情况是仪器设备的部分功能依旧可以实现。所以在通电情况下，认真调试仪器，从中寻找可能的故障点。尤其需要注意的是仪器设备运行时的细节点，这些细节点往往是我们迅速而准确的找到故障点的关键。
2.2  故障原因分析
在经过故障现象调查之后，基本上可判断出现何种故障。
采用区域划分法逐步缩小损坏范围，直至寻找到故障产生部位。
若维修人员熟悉仪器测试原理与结构时，则可以进一步借助检修工具逐个排除故障。而在不熟悉仪器设备原理与结构时，则需要借助仪器设备的说明书或与生产厂家的技术人员进行了解。在详细、系统的了解清楚仪器设备情况之后，进行综合系统分析及研究，作出正确、准确的判断。
2.3  故障排除
通过前两步的工作，按照故障发生点的不同及仪器设备元件损坏的严重程度，可以进行调节或更换，从而使仪器设备正常运行。对于损坏元件要详细了解其参数，为下一步选择更换件做准备。更换元件的规格大小要尽量的与原件保持一致。在不得已的情况下，更换元件的参数也要求与原件参数相似。在某些特殊情况下还可以选择规格更大的，这则依赖于维修人员对仪器设备运行原理及结构的深刻理解，整体把握元件对机器的影响。
3   故障检测和排除时的注意事项
拆卸仪器设备时，不可强行蛮力拆卸，以免损坏仪器及破坏外观，尤其是保护性装置，要轻缓拆卸。
更换的损坏元件、拆开的电线及机械部件，要做好相应的标记，以便更换后快速的恢复原样。
故障检测及排除是在仪器设备非正常情况下进行，在通电检查时需要注意电源处及变压器部位，不要触碰到，以免发生触电事故。
在更换晶体管和电容元件时，要准确、准点的焊接牢固。
仪器设备在长期的使用过程中，会积沉灰尘，小颗粒等杂物，在维修完毕后，要清理仪器内部和外部的沉积物。
维修好之后，清理机器掉落的小物件，如线头、焊锡及螺丝等，以防止安全隐患的存在。
4   面临的问题及展望
随着科学技术的发展，涌现出多种新型的电学计量技术，如电学量子计量技术、数字化测量技术、等效模拟技术、虚拟仪表技术等。一方面，新技术的应用能够更为、简便、准确的测量所需要的数据。另一方面，对仪器维修人员也提出了更高的要求。维修人员要不断的学习了解新仪器的应用特性。
此外，随着电学计量仪器向便携式发展，越来越多的仪器需现场维修，也就要求维修人员有扎实的技术知识及丰富的经验。
总之，维修工作是一个逐步积累和不断学习的过程，维修人员只有端正态度、坚持学习与实践才能在工作中得心应手。