在本系列上一期關(guān)于電子天平水平調節的分享中，小編主要針對水平調節的必要性、原理、以及調節方法等方面進(jìn)行了詳細的梳理和通俗易懂的闡述，特別是就容易搞錯的調節規則與手法為大家總結了詳細的法則，相信小編手把手式的經(jīng)驗傳授應該能為大家的實(shí)際操作起到實(shí)質(zhì)性的幫助吧。水平調節的話(huà)題告一段落，本期小編將搬上天平的前期準備工作中最重要也是最有講究的一環(huán)——校準，那么在天平的校準中，又有哪些值得關(guān)注的點(diǎn)呢？

老司機也難免會(huì )混淆的微妙概念

早在中學(xué)物理課本里，我們就學(xué)過(guò)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(gè)物體，無(wú)論把它放置在地球上的任一位置，它的質(zhì)量都是不會(huì )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(huì )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(lái)測量物體的重量，并經(jīng)過(guò)內部程序計算和顯示出物體的質(zhì)量，這與托盤(pán)天平的稱(chēng)量原理是不同的，所以就會(huì )出現同一臺電子天平在不同地方稱(chēng)量同一個(gè)物體會(huì )顯示不同的質(zhì)量結果。此外，諸如溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì )影響電子天平的傳感器，導致稱(chēng)量結果的誤差。

為了避免不確定因素帶來(lái)的不良影響，就需要在使用電子天平之前進(jìn)行校準，并在使用周期中進(jìn)行定期的校準，特別是在對稱(chēng)量結果準確度和精確度敏感的應用中。校準（Calibration），是通過(guò)一組稱(chēng)量活動(dòng)，來(lái)檢測天平的各項計量性能，包括誤差和不確定度的分析等。作為一種良好的稱(chēng)量習慣，校準能夠有效地保證稱(chēng)量的可靠性。通過(guò)校準，能夠檢測出天平的工作性能，避免物料浪費、返工、過(guò)渡使用后的產(chǎn)品召回，定期校準并執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(chēng)標定，是在測量系統中進(jìn)行的一組操作，提供與將要測量的數量的給定值一致的規定指示。天平在投入使用前、工作一段時(shí)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)境干擾因素等導致的稱(chēng)量誤差。通常，需要使用高精度的標準砝碼來(lái)對天平進(jìn)行量程校正。綜上所述，通過(guò)定期的校準和校正，可以減少天平的稱(chēng)量誤差，并且對天平的計量性能有一個(gè)全面的把握，確保稱(chēng)量結果滿(mǎn)足實(shí)驗和生產(chǎn)的要求。

在日常工作中，大家往往比較容易混淆“校準”和“校正”的概念，對于這種嚴格意義上微妙差別，習慣上大家會(huì )有一定程度的通用性，校正也可以被認為是狹義上的校準，本文接下來(lái)的內容主要是在此基礎上進(jìn)行討論。

走近極致考究的校準術(shù)

A. 關(guān)于砝碼的學(xué)問(wèn)

談到校準，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量特性且能夠復現質(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)量標稱(chēng)值、最大允許誤差等指標都有非常嚴格的規定。作為標定、校驗衡器的最普遍也是最重要的工具，國際法制計量組織（OIML）對砝碼進(jìn)行了明確的等級劃分，共分為9個(gè)等級：E1、E2、F1、F2、M1、M1–2、M2、M2–3、M3，等是按照不確定度來(lái)分，等砝碼有修正值；級是按照示值誤差來(lái)分，級砝碼沒(méi)有修正值，只要其示值誤差在此范圍內都是認為合格的。在砝碼的眾多指標當中，和校準關(guān)聯(lián)度最高的就是最大允許誤差（MPE）了，國際相關(guān)法規條款對各個(gè)等級的砝碼的MPE有明確的規定，以下表格是對電子天平所常用質(zhì)量標稱(chēng)值砝碼MPE的說(shuō)明（誤差值以毫克為單位）：

從上圖可看出，在相同質(zhì)量標稱(chēng)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)量標稱(chēng)值的大小成正比。

同時(shí)，在國家標準的相關(guān)規定里，根據檢定分度值e和檢定分度數n將電子天平分為四個(gè)準確度級別，由高到低依次為特種Ⅰ、高Ⅱ、中Ⅲ、普通Ⅳ準確度級。結合砝碼MPE的變化趨勢可得出，準確度越高的天平需要用越高等級的砝碼進(jìn)行校準，這樣校準天平的數據就越精準。比如十萬(wàn)分之一和萬(wàn)分之一天平應選用E級系列砝碼校準，千分之一天平應選用E2或F1級砝碼進(jìn)行校準，以此類(lèi)推。

B. 校準的分類(lèi)

從校準的用途上來(lái)講分為“量程校準”和“線(xiàn)性校準”，在制造和維修過(guò)程中需要結合兩種校準方式共同實(shí)施，而日常使用過(guò)程一般只需做量程校準。

量程校準主要是在當前稱(chēng)量環(huán)境下對天平進(jìn)行賦值，通過(guò)稱(chēng)量一個(gè)已知質(zhì)量的砝碼，來(lái)獲得實(shí)際值和顯示值之間的比例關(guān)系，作為以后稱(chēng)量顯示值計算的系數，目的是消除不同緯度及海拔高度對稱(chēng)量結果的影響、環(huán)境溫度變化對稱(chēng)量結果的影響，以及天平使用一段時(shí)間后積累的誤差。通常，量程校準采用比較簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)校準法，第一個(gè)點(diǎn)為零點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)為天平的最大量程，日常操作起來(lái)比較容易，能夠使天平快速適應當前的稱(chēng)量環(huán)境，保證整個(gè)量程范圍內的稱(chēng)量準確，是實(shí)驗室工作人員一種普遍的校準方法。

線(xiàn)性校準主要是通過(guò)對全量程范圍內的多個(gè)點(diǎn)的稱(chēng)量結果的線(xiàn)性化來(lái)消除誤差，使得顯示稱(chēng)量結果與參考質(zhì)量的比例接近相同。一般來(lái)說(shuō)是在3個(gè)點(diǎn)設置電子天平，即零點(diǎn)、半量程和最大量程。天平經(jīng)過(guò)線(xiàn)性校準后，其全量程線(xiàn)性誤差通常表現為S型，即在零點(diǎn)、半量程、滿(mǎn)量程3個(gè)校準點(diǎn)誤差很小，在1/4，3/4滿(mǎn)量程點(diǎn)誤差相對較大。為獲得更好的線(xiàn)性，可以采取多點(diǎn)修正的方式，比如制造過(guò)程中往往采用更科學(xué)的5點(diǎn)線(xiàn)性法。當然數學(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(chēng)量示值W之間的線(xiàn)性關(guān)系，左圖的直線(xiàn)為理想線(xiàn)性特征曲線(xiàn)，右圖為實(shí)測曲線(xiàn)（非線(xiàn)性曲線(xiàn)）與理想直線(xiàn)的對比，其中非線(xiàn)性就是指不按比例、不成直線(xiàn)的關(guān)系，且函數的一階導數不為常數。m₀處的NL為稱(chēng)量示值與實(shí)際負載間的非線(xiàn)性誤差。在天平的稱(chēng)量規格說(shuō)明書(shū)中，線(xiàn)性通常表述為在不斷增加負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(shuō)明線(xiàn)性度越高，稱(chēng)量越準確。

由于線(xiàn)性校準采用的是分段誤差比較，節點(diǎn)越多，非線(xiàn)性誤差就越小，實(shí)測曲線(xiàn)就越接近于理想的擬合直線(xiàn)，因此線(xiàn)性校準是保證每一個(gè)稱(chēng)量范圍都做到最大程度的準確，從而對校準的條件會(huì )有更加嚴格的要求。通常，線(xiàn)性校準過(guò)程在恒溫恒濕的環(huán)境下，由機械手自動(dòng)完成。校準時(shí)需準備相應的多個(gè)砝碼，非專(zhuān)業(yè)人員嚴禁私自進(jìn)行操作，否則不能恢復原有程序，影響天平的正常使用。

綜上所述，量程校準和線(xiàn)性校準各有各自的特點(diǎn)和用途，將二者結合能夠有效提升校準的質(zhì)量。

從校準的方法上來(lái)講分為內校和外校。內校是指利用電子天平內部安裝的校準砝碼并遵循內部標準程序進(jìn)行校準。校準時(shí)只需按一下校準鍵，電機會(huì )驅動(dòng)帶內置砝碼的升降裝置，對天平進(jìn)行加載，從而實(shí)施并完成校準。

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。事先需檢查外部砝碼是否通過(guò)檢定，并在檢定有效期內，主要是為了確保砝碼滿(mǎn)足相關(guān)標準對實(shí)物量具的控制要求。開(kāi)始校準時(shí)先按下校準鍵，再通過(guò)手動(dòng)把指定量程的砝碼放到電子天平秤盤(pán)上，來(lái)完成校準過(guò)程。

通常，外部砝碼可能會(huì )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，所以為了保證計量工作的準確性，外部砝碼也需要定期進(jìn)行校準，常常需付費請?。ㄊ校┘売嬃吭鹤鰷y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(huì )更加苛刻。而內置砝碼的天平一般不會(huì )出現這些情況，并可以通過(guò)修改天平的校正程序參數來(lái)修正偏差。綜上所述，內?？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約成本的方法。

無(wú)論是內校還是外校，電子天平在使用之前都必須進(jìn)行預熱（萬(wàn)分之一位天平需要至少1個(gè)小時(shí)的預熱），其次進(jìn)行水平調節，之后就可以開(kāi)始進(jìn)行校準了（以下步驟為傳統校準方法，具體不同品牌和型號的天平會(huì )有一定的差異）：

第一，確保秤盤(pán)上沒(méi)有稱(chēng)量物品時(shí)應穩定地顯示為零位。

第二，按“CAL”鍵，啟動(dòng)電子天平的校準功能。

第三，內校型天平的顯示器由“C”變成零位時(shí)，表示校準結束；外校型天平的顯示器上首先顯示需要準備的砝碼的質(zhì)量值，其次將與天平準確度級別相對應等級的標準砝碼放在天平的秤盤(pán)上。當屏幕顯示值不變時(shí)，取出砝碼，屏幕顯示“Done”之后說(shuō)明已經(jīng)完成校準。

第四，如果在校準中出現錯誤，電子天平顯示器將顯示“Err”，或“Time out”，應重新進(jìn)行校準。

怎么樣，看過(guò)了上面的詳細介紹，你有沒(méi)有發(fā)現校準是一門(mén)相當有技術(shù)含量的學(xué)問(wèn)呢？其實(shí)，隨著(zhù)稱(chēng)量技術(shù)日新月異的發(fā)展，校準手段也越來(lái)越趨于人性化。