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摘 要:人们在实验室做各种量度实验时,由于各种不可控的因素,总会对实验结果有一定的影响,本文通过分析玻璃量器检定装置检定玻璃量器时影响检定结果的误差,结合实际的工作情况分析了产生误差的主要影响因素,并评定其不确定度。
关键词:玻璃量器;衡量法容量比较法;不确定度评定
1.测量不确定度概述
不确定度是指在实验过程中,由于测量误差,对测量结果不能肯定的程度。从另一方面来看,该参数也可指测量结果的可信赖程度。不确定度也可评判测量结果质量的指标,不确定度越高,测量结果的质量越差,使用价值也越低;不确定度越低,测量结果的质量也越高,水平也较高。在引用测量结果时,必须附上该测量结果的不确定度,这样既可方便人们评定其可靠性,也可用于测量结果之间的比较。
在常用玻璃量器不确定度评定研究分析中,主要指被测液体所测的体积与与实际体积的差值。
2.常见的玻璃量器的误差及其消除措施
常见的玻璃容器种类很多,在各类实验室中我们经常见到单标线吸管、滴定管、量筒、分度吸管、容量瓶、量杯等,在我们使用这些玻璃量器的过程中,因为种种原因,其测量结果肯定会存在一定的误差,这样不仅会影响实验结果,还会对结论和一些定理的推导产生影响,因此,对测量结果的不确定度评定显得特别重要。测量玻璃量器的纯水质量是一个很复杂的过程,衡量法是常用的测量方法,以称量时加入玻璃容器的纯水的质量和此时的温度为参数,对照对应温度的K(t)值,此时,K(t)值与纯水质量的积即為被测玻璃量器在293.15K时的容量实测值。将该值与被测玻璃量器的标称容量值进行比较,并求出两者之间的差值,该差值即为所检测玻璃容量值的误差值,再用不确定度判断其是否合理。
一般来说,在建标技术报告中,测量结果误差分析和总不确定度的计算比较困难,计量时所用的器具、测量人员、测量时的环境、测量方法、测量结果检定时所用的标准器具都会对测量结果的误差分析和总不确定度的计算产生一定的影响。但主要的影响因素有:玻璃量器表面的清洁程度、玻璃量器的温度与所盛纯水的温度、量入式量器干燥程度及称量杯的衡量情况、使用天平时不可消除的固有误差、实验人员对量出式量器纯水流出时间把握不好、实验人员在观察液面时把握不当、实验人员在调定液面时把握不当、液体在被测过程中蒸发导致质量的偏差、空气密度的影响、温度计本身的固有误差等。
在分析这些误差时,我们要本着不遗漏不重复的原则,充分考虑到每一个影响测量结果的相关因素,否则,测量结果会出现偏大或偏小的错误情况。实验人员在固有的条件下要严格的遵循相关操作规定和规程,将以上因素对实验结果的影响降到最低,最大限度的减少因人的行为导致的误差。要保证玻璃器具表面的清洁程度,保持其干燥清洁状态;将玻璃量器的温度与纯水的温度保持一致;平时注意经常对天平进行校定,将测量时天平导致的误差降至最低;实验人员在把握好量出式量器纯水流出时间;实验人员要观察、调定好液面;要把握好实验的时间,尽量选用口径较小的量器、降低测量时温度、尽量减少液体的蒸发、选用质量达标的温度计。通过以上的措施,将影响实验结果的因素降至最低。
3.玻璃量器测试时误差来源及其不确定度分析
3.1玻璃量器测试时误差来源分析
在做完测试实验后,对误差的来源及其引起的不确定度进行分析时,要通过一些测试,得到一些经验性数据,如在测试量出式量水器的蒸发误差时,不同条件下的环境湿度、液体的流出时间、称量杯的大小、环境温度等因素都会对液体的蒸发量产生一定的影响,通过多项对比试验后我们发现环境湿度越小、环境温度越大、液体的流出时间越长、称量杯口径越大,液体的蒸发速度就会越快,误差就会越大,为减少液体的蒸发,我们一般都是用小口瓶代替量杯;液面内径也是重要的影响因素,实验证明,对于液面内径较大的量器,其误差值也比较大,在对容量为五百毫升、液面内径约为二十毫米的容量瓶进行检定,分析其误差后发现,其标准不确定度约占合成标准不确定度的百分之五十六以上。在此过程中,对于误差的估算,我们要从三个方面来考虑:第一,实验人员观察液面时,视线偏离液体平面引起的时差在液面内径的百分之一倍之内;第二调定误差的大小约为零点零一毫米;第三,实验人员在观察围线时,眼睛分辨力产生的液面视差约为零点零五毫米。测量重复性误差时要做多组实验数据。在求天平,砝码的标准不确定度分量的过程中,一定要参照天平检定证书,如果没有采用替代法,要考虑天平两臂不等长等带来的误差影响。对于温度引起的误差影响,实验人员要参考温度计检定证书,根据相关标准对各种误差进行合理的计算。
在检定时也会产生一些误差,引起这些误差的原因可以大致分为以下几种:(1)包括计量装置在内的测量装置引起的基本误差。(2)所用的测量原理及在该原理的应用过程中因实验人员的失误而引起的误差。(3)在标准情况下因被测量值的变化而引起的误差。(4)实验人员因自身操作不当而引起的误差。
3.2玻璃量器测试时误差的不确定度分析
不确定度的分析可分为A类评定和B类评定,针对玻璃量器的不确定度分析,我们采用A类评定。实验中对15毫升单标线吸管15毫升这一检定点进行10次重复检测后发现所求得的不确定度相对较大,因此,实验人员在检测时要严格的按照相关规范来操作,避免或减少由此引起的误差对检定结果的影响。
在此基础上我们可以用实验结果的标准偏差来表示,n次测量结果的不确定度可以用以下公式来表示:
通过多次重复实验,我们发现,室内温度的变化是一个较大的影响因素,因为在测试过程中纯水及玻璃体的膨胀系数影响较大,因此,实验人员一定要控制好环境温度的变化,使室内的环境温度温度在一定的范围之内,以避免室内变化引起的对实验结果的影响。
结束语
不确定度的研究评定对实验结论及实验精度的影响巨大,因此,可以说,不确定度的控制和表征影响着整个实验结果,是实验人员应当注意和重视的重要一环。
参考文献
[1] 梁宝玲.常用玻璃量器检定工作的注意事项以及示值误差的测量结果不确定度分析和评定方式建立[J]. 内蒙古科技与经济. 2012(15).
[2] 华蕾,王国平,孙彤卉,刘卫红.环境监测测量不确定度的来源识别和数学模型建立方法[J]. 计量技术. 2010 (03).
[3] 刘建坤,朱家平,郑荣华.测量不确定度评定研究现状及进展[J]. 现代科学仪器. 2013(05).
关键词:玻璃量器;衡量法容量比较法;不确定度评定
1.测量不确定度概述
不确定度是指在实验过程中,由于测量误差,对测量结果不能肯定的程度。从另一方面来看,该参数也可指测量结果的可信赖程度。不确定度也可评判测量结果质量的指标,不确定度越高,测量结果的质量越差,使用价值也越低;不确定度越低,测量结果的质量也越高,水平也较高。在引用测量结果时,必须附上该测量结果的不确定度,这样既可方便人们评定其可靠性,也可用于测量结果之间的比较。
在常用玻璃量器不确定度评定研究分析中,主要指被测液体所测的体积与与实际体积的差值。
2.常见的玻璃量器的误差及其消除措施
常见的玻璃容器种类很多,在各类实验室中我们经常见到单标线吸管、滴定管、量筒、分度吸管、容量瓶、量杯等,在我们使用这些玻璃量器的过程中,因为种种原因,其测量结果肯定会存在一定的误差,这样不仅会影响实验结果,还会对结论和一些定理的推导产生影响,因此,对测量结果的不确定度评定显得特别重要。测量玻璃量器的纯水质量是一个很复杂的过程,衡量法是常用的测量方法,以称量时加入玻璃容器的纯水的质量和此时的温度为参数,对照对应温度的K(t)值,此时,K(t)值与纯水质量的积即為被测玻璃量器在293.15K时的容量实测值。将该值与被测玻璃量器的标称容量值进行比较,并求出两者之间的差值,该差值即为所检测玻璃容量值的误差值,再用不确定度判断其是否合理。
一般来说,在建标技术报告中,测量结果误差分析和总不确定度的计算比较困难,计量时所用的器具、测量人员、测量时的环境、测量方法、测量结果检定时所用的标准器具都会对测量结果的误差分析和总不确定度的计算产生一定的影响。但主要的影响因素有:玻璃量器表面的清洁程度、玻璃量器的温度与所盛纯水的温度、量入式量器干燥程度及称量杯的衡量情况、使用天平时不可消除的固有误差、实验人员对量出式量器纯水流出时间把握不好、实验人员在观察液面时把握不当、实验人员在调定液面时把握不当、液体在被测过程中蒸发导致质量的偏差、空气密度的影响、温度计本身的固有误差等。
在分析这些误差时,我们要本着不遗漏不重复的原则,充分考虑到每一个影响测量结果的相关因素,否则,测量结果会出现偏大或偏小的错误情况。实验人员在固有的条件下要严格的遵循相关操作规定和规程,将以上因素对实验结果的影响降到最低,最大限度的减少因人的行为导致的误差。要保证玻璃器具表面的清洁程度,保持其干燥清洁状态;将玻璃量器的温度与纯水的温度保持一致;平时注意经常对天平进行校定,将测量时天平导致的误差降至最低;实验人员在把握好量出式量器纯水流出时间;实验人员要观察、调定好液面;要把握好实验的时间,尽量选用口径较小的量器、降低测量时温度、尽量减少液体的蒸发、选用质量达标的温度计。通过以上的措施,将影响实验结果的因素降至最低。
3.玻璃量器测试时误差来源及其不确定度分析
3.1玻璃量器测试时误差来源分析
在做完测试实验后,对误差的来源及其引起的不确定度进行分析时,要通过一些测试,得到一些经验性数据,如在测试量出式量水器的蒸发误差时,不同条件下的环境湿度、液体的流出时间、称量杯的大小、环境温度等因素都会对液体的蒸发量产生一定的影响,通过多项对比试验后我们发现环境湿度越小、环境温度越大、液体的流出时间越长、称量杯口径越大,液体的蒸发速度就会越快,误差就会越大,为减少液体的蒸发,我们一般都是用小口瓶代替量杯;液面内径也是重要的影响因素,实验证明,对于液面内径较大的量器,其误差值也比较大,在对容量为五百毫升、液面内径约为二十毫米的容量瓶进行检定,分析其误差后发现,其标准不确定度约占合成标准不确定度的百分之五十六以上。在此过程中,对于误差的估算,我们要从三个方面来考虑:第一,实验人员观察液面时,视线偏离液体平面引起的时差在液面内径的百分之一倍之内;第二调定误差的大小约为零点零一毫米;第三,实验人员在观察围线时,眼睛分辨力产生的液面视差约为零点零五毫米。测量重复性误差时要做多组实验数据。在求天平,砝码的标准不确定度分量的过程中,一定要参照天平检定证书,如果没有采用替代法,要考虑天平两臂不等长等带来的误差影响。对于温度引起的误差影响,实验人员要参考温度计检定证书,根据相关标准对各种误差进行合理的计算。
在检定时也会产生一些误差,引起这些误差的原因可以大致分为以下几种:(1)包括计量装置在内的测量装置引起的基本误差。(2)所用的测量原理及在该原理的应用过程中因实验人员的失误而引起的误差。(3)在标准情况下因被测量值的变化而引起的误差。(4)实验人员因自身操作不当而引起的误差。
3.2玻璃量器测试时误差的不确定度分析
不确定度的分析可分为A类评定和B类评定,针对玻璃量器的不确定度分析,我们采用A类评定。实验中对15毫升单标线吸管15毫升这一检定点进行10次重复检测后发现所求得的不确定度相对较大,因此,实验人员在检测时要严格的按照相关规范来操作,避免或减少由此引起的误差对检定结果的影响。
在此基础上我们可以用实验结果的标准偏差来表示,n次测量结果的不确定度可以用以下公式来表示:
通过多次重复实验,我们发现,室内温度的变化是一个较大的影响因素,因为在测试过程中纯水及玻璃体的膨胀系数影响较大,因此,实验人员一定要控制好环境温度的变化,使室内的环境温度温度在一定的范围之内,以避免室内变化引起的对实验结果的影响。
结束语
不确定度的研究评定对实验结论及实验精度的影响巨大,因此,可以说,不确定度的控制和表征影响着整个实验结果,是实验人员应当注意和重视的重要一环。
参考文献
[1] 梁宝玲.常用玻璃量器检定工作的注意事项以及示值误差的测量结果不确定度分析和评定方式建立[J]. 内蒙古科技与经济. 2012(15).
[2] 华蕾,王国平,孙彤卉,刘卫红.环境监测测量不确定度的来源识别和数学模型建立方法[J]. 计量技术. 2010 (03).
[3] 刘建坤,朱家平,郑荣华.测量不确定度评定研究现状及进展[J]. 现代科学仪器. 2013(05).