稱重過(guò)程中的測(cè)量不確定度：需要注意的8大影響因素
Overview
在實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量不確定度表示測(cè)量值所在的范圍以及相關(guān)的置信水平，其對(duì)結(jié)果的重復(fù)性和可比性有很大影響。測(cè)量不確定度在依賴于精度的應(yīng)用中至關(guān)重要，例如分析小樣品量時(shí)。
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《稱重過(guò)程中的測(cè)量不確定度：需要注意的8大影響因素》白皮書(shū)闡述了測(cè)量不確定度的重要性，以及用戶在稱重過(guò)程中可采取哪些措施來(lái)降低測(cè)量的不確定度。
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《自然》（Nature）雜志的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示超過(guò)70%的受訪研究人員曾嘗試重復(fù)其他科學(xué)家發(fā)表的實(shí)驗(yàn)卻以失敗告終，超過(guò)一半的受訪研究人員還表示無(wú)法重復(fù)自己做過(guò)的實(shí)驗(yàn)。造成這種情況的原因有很多，其中包括不規(guī)范的實(shí)驗(yàn)流程文檔。測(cè)量不確定度是另一個(gè)重要但經(jīng)常被忽略的因素，尤其是在稱重方面。
英國(guó)皇家認(rèn)可委員會(huì)（UKAS）的評(píng)估經(jīng)理John Greenwood說(shuō)：“當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們得到了其價(jià)值的估計(jì)值。測(cè)量的估計(jì)值會(huì)受到各種誤差和因素的影響。”測(cè)量不確定度的作用是提供估計(jì)值有多準(zhǔn)確的概念。研究人員無(wú)法量化的任何誤差都必須歸因于測(cè)量不確定性。一個(gè)更為復(fù)雜的問(wèn)題是校準(zhǔn)過(guò)程也存在測(cè)量不確定性。
注：UKAS是英國(guó)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)評(píng)估機(jī)構(gòu)團(tuán)體提供認(rèn)證、檢驗(yàn)、測(cè)試和校準(zhǔn)服務(wù)的能力。
確定不確定度
導(dǎo)致測(cè)量不確定度的因素是多方面的，可分為四大類：所用設(shè)備、設(shè)備使用的環(huán)境、稱重人員、以及正在使用的工作流程。
考慮到所有這些因素，在稱重過(guò)程中要精確地確定不確定度幾乎是不可能的，因此我們必須對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度大小進(jìn)行估計(jì)或預(yù)測(cè)。
有一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)公式用于計(jì)算預(yù)測(cè)的測(cè)量不確定度。
測(cè)量不確定度的重要性
測(cè)量不確定度在依賴于精度的應(yīng)用中至關(guān)重要，比如說(shuō)在分析非常少量的樣品時(shí)，或者在分析工作中不能有高度誤差的情況下。
以石油和天然氣行業(yè)為例，這些化石燃料在運(yùn)營(yíng)商之間轉(zhuǎn)移時(shí)（例如從鐵路轉(zhuǎn)移到油罐卡車中），測(cè)量需要盡可能準(zhǔn)確，因?yàn)槊看嗡袡?quán)的變更都涉及到金融交易。誤差和過(guò)大的測(cè)量不確定性可能相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)美元的差異。
在制藥和醫(yī)療行業(yè)，測(cè)量的質(zhì)量受到法律監(jiān)管，因此儀器的測(cè)量不確定度將得到驗(yàn)證。這意味著終端用戶，只要他們用儀器做已獲得驗(yàn)證的應(yīng)用，就可以直接讀取儀器顯示的測(cè)試結(jié)果，準(zhǔn)確可靠。
賽多利斯現(xiàn)在提供了一種軟件功能（即QApp）作為Cubis II 高端天平系列QApps醫(yī)藥包的一部分，用于確定測(cè)量不確定度。該QApp采用EURAMET（歐洲國(guó)家計(jì)量院協(xié)會(huì)）校準(zhǔn)指南第18號(hào)中規(guī)定的公式和流程來(lái)計(jì)算測(cè)量不確定度：非自動(dòng)稱重儀器校準(zhǔn)指南。對(duì)于特定的設(shè)備，天平用戶可以從賽多利斯等服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)后所頒發(fā)的校準(zhǔn)證書(shū)中獲得“使用中的不確定度”的相應(yīng)公式，公式的參數(shù)可輸入到該QApp中。
降低測(cè)量不確定度
無(wú)論測(cè)量的不確定度是如何獲得的，用戶都可以在稱重過(guò)程中采取很多措施來(lái)降低測(cè)量的不確定度。以下因素通常是使用天平時(shí)導(dǎo)致測(cè)量不確定度的主要因素，因此關(guān)注這些因素的用戶將受益良多。
1 保持恒溫
為了最大程度地減小稱重過(guò)程中的測(cè)量不確定度，溫度是最重要的考慮因素之一，這主要是由于天平中電子元件對(duì)溫度的高敏感性。
保持在最佳工作溫度范圍內(nèi)使用天平或者對(duì)天平進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)對(duì)稱重結(jié)果非常重要。還應(yīng)注意，啟動(dòng)天平時(shí)，必須預(yù)熱天平，天平所放位置周圍環(huán)境溫度的波動(dòng)，避免樣品與容器之間的溫差。
2 避免天平受到氣流影響
天平，尤其是高精度天平，如超微量天平，必須遠(yuǎn)離那些擾亂性氣流。天平的防風(fēng)罩對(duì)氣流影響有一定幫助，但為了進(jìn)一步減少氣流問(wèn)題，天平不應(yīng)放置在門或打開(kāi)的窗戶、空調(diào)或加熱通風(fēng)口或計(jì)算機(jī)風(fēng)扇的附近。也不應(yīng)該放置在人群聚集的地方，因?yàn)槿藛T的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生氣流。
3 將振動(dòng)降至最低
對(duì)于高精度天平，需要一個(gè)特殊的稱重臺(tái)來(lái)隔離天平與地板和建筑物之間的振動(dòng)。沒(méi)有稱重臺(tái)的可以將天平放在一個(gè)盡可能位于最低樓層的房間以及放置在建筑物外緣（靠近墻體）房間的角落，最好避免把天平放在有彈性的表面和振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室儀器附近的位置，也不要放在人員聚集的地方。
4 保持水平
稱重過(guò)程中最嚴(yán)重的不確定度來(lái)自未正確調(diào)平的天平。首次安裝天平和移動(dòng)天平后，都必須將天平調(diào)平，即使移動(dòng)只是為了臨時(shí)清潔工作臺(tái)。
賽多利斯Cubis II系列天平快速的自動(dòng)調(diào)平功能，助您避免繁瑣的準(zhǔn)備工作。
5 注意重力
電子天平不是測(cè)量質(zhì)量而是測(cè)量重量。然后將其轉(zhuǎn)換為天平上顯示的質(zhì)量。為了轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，天平將其檢測(cè)的重量除以重力加速度。當(dāng)天平移動(dòng)到另一樓層或完全移動(dòng)到另一個(gè)地方時(shí)，天平也必須重新校正和調(diào)整，以適應(yīng)重力的變化。
6 考慮密度的影響
要測(cè)得物體的真實(shí)質(zhì)量，需要進(jìn)行“浮力校正”，這對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)量而言是非常重要的步驟。空氣密度會(huì)由于環(huán)境溫度和濕度的差異而有所不同，并且會(huì)對(duì)稱重產(chǎn)生影響，是計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)的參數(shù)之一。
7 清理
確保稱量盤、稱量室和周圍區(qū)域始終保持清潔是降低測(cè)量不確定度的關(guān)鍵。這不僅僅是指清理灑出物。即使是灰塵和脫落的毛發(fā)也會(huì)干擾天平的性能，并影響稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。
8 注意有問(wèn)題的樣品
某些類型的樣品尤其難以準(zhǔn)確稱重。例如吸濕性物質(zhì)會(huì)從空氣中吸收水分并增加重量，具有蒸發(fā)特性的樣品由于水分蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致天平讀數(shù)持續(xù)下降，磁性物品會(huì)產(chǎn)生影響重量精度的力場(chǎng)，稱量粉末時(shí)需注意靜電等。
Summary
確定質(zhì)量測(cè)量的測(cè)量不確定度是許多行業(yè)的眾多科學(xué)家們必須解決的問(wèn)題。計(jì)算這些值的方法包括從高精度計(jì)算（手動(dòng)或借助賽多利斯天平軟件完成）到有根據(jù)的猜測(cè)。盡管獲得了測(cè)量不確定度，天平用戶還要在稱重過(guò)程中做很多事情來(lái)減少其結(jié)果中的不確定度。
在實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量不確定度表示測(cè)量值所在的范圍以及相關(guān)的置信水平，其對(duì)結(jié)果的重復(fù)性和可比性有很大影響。測(cè)量不確定度在依賴于精度的應(yīng)用中至關(guān)重要，例如分析小樣品量時(shí)。
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稱重過(guò)程中的測(cè)量不確定度會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性
《自然》（Nature）雜志的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示超過(guò)70%的受訪研究人員曾嘗試重復(fù)其他科學(xué)家發(fā)表的實(shí)驗(yàn)卻以失敗告終，超過(guò)一半的受訪研究人員還表示無(wú)法重復(fù)自己做過(guò)的實(shí)驗(yàn)。造成這種情況的原因有很多，其中包括不規(guī)范的實(shí)驗(yàn)流程文檔。測(cè)量不確定度是另一個(gè)重要但經(jīng)常被忽略的因素，尤其是在稱重方面。
英國(guó)皇家認(rèn)可委員會(huì)（UKAS）的評(píng)估經(jīng)理John Greenwood說(shuō)：“當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們得到了其價(jià)值的估計(jì)值。測(cè)量的估計(jì)值會(huì)受到各種誤差和因素的影響。”測(cè)量不確定度的作用是提供估計(jì)值有多準(zhǔn)確的概念。研究人員無(wú)法量化的任何誤差都必須歸因于測(cè)量不確定性。一個(gè)更為復(fù)雜的問(wèn)題是校準(zhǔn)過(guò)程也存在測(cè)量不確定性。
注：UKAS是英國(guó)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)評(píng)估機(jī)構(gòu)團(tuán)體提供認(rèn)證、檢驗(yàn)、測(cè)試和校準(zhǔn)服務(wù)的能力。
確定不確定度
導(dǎo)致測(cè)量不確定度的因素是多方面的，可分為四大類：所用設(shè)備、設(shè)備使用的環(huán)境、稱重人員、以及正在使用的工作流程。
考慮到所有這些因素，在稱重過(guò)程中要精確地確定不確定度幾乎是不可能的，因此我們必須對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度大小進(jìn)行估計(jì)或預(yù)測(cè)。
有一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)公式用于計(jì)算預(yù)測(cè)的測(cè)量不確定度。
測(cè)量不確定度的重要性
測(cè)量不確定度在依賴于精度的應(yīng)用中至關(guān)重要，比如說(shuō)在分析非常少量的樣品時(shí)，或者在分析工作中不能有高度誤差的情況下。
以石油和天然氣行業(yè)為例，這些化石燃料在運(yùn)營(yíng)商之間轉(zhuǎn)移時(shí)（例如從鐵路轉(zhuǎn)移到油罐卡車中），測(cè)量需要盡可能準(zhǔn)確，因?yàn)槊看嗡袡?quán)的變更都涉及到金融交易。誤差和過(guò)大的測(cè)量不確定性可能相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)美元的差異。
在制藥和醫(yī)療行業(yè)，測(cè)量的質(zhì)量受到法律監(jiān)管，因此儀器的測(cè)量不確定度將得到驗(yàn)證。這意味著終端用戶，只要他們用儀器做已獲得驗(yàn)證的應(yīng)用，就可以直接讀取儀器顯示的測(cè)試結(jié)果，準(zhǔn)確可靠。
賽多利斯現(xiàn)在提供了一種軟件功能（即QApp）作為Cubis II 高端天平系列QApps醫(yī)藥包的一部分，用于確定測(cè)量不確定度。該QApp采用EURAMET（歐洲國(guó)家計(jì)量院協(xié)會(huì)）校準(zhǔn)指南第18號(hào)中規(guī)定的公式和流程來(lái)計(jì)算測(cè)量不確定度：非自動(dòng)稱重儀器校準(zhǔn)指南。對(duì)于特定的設(shè)備，天平用戶可以從賽多利斯等服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)后所頒發(fā)的校準(zhǔn)證書(shū)中獲得“使用中的不確定度”的相應(yīng)公式，公式的參數(shù)可輸入到該QApp中。
降低測(cè)量不確定度
無(wú)論測(cè)量的不確定度是如何獲得的，用戶都可以在稱重過(guò)程中采取很多措施來(lái)降低測(cè)量的不確定度。以下因素通常是使用天平時(shí)導(dǎo)致測(cè)量不確定度的主要因素，因此關(guān)注這些因素的用戶將受益良多。
1 保持恒溫
為了最大程度地減小稱重過(guò)程中的測(cè)量不確定度，溫度是最重要的考慮因素之一，這主要是由于天平中電子元件對(duì)溫度的高敏感性。
保持在最佳工作溫度范圍內(nèi)使用天平或者對(duì)天平進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)對(duì)稱重結(jié)果非常重要。還應(yīng)注意，啟動(dòng)天平時(shí)，必須預(yù)熱天平，天平所放位置周圍環(huán)境溫度的波動(dòng)，避免樣品與容器之間的溫差。
2 避免天平受到氣流影響
天平，尤其是高精度天平，如超微量天平，必須遠(yuǎn)離那些擾亂性氣流。天平的防風(fēng)罩對(duì)氣流影響有一定幫助，但為了進(jìn)一步減少氣流問(wèn)題，天平不應(yīng)放置在門或打開(kāi)的窗戶、空調(diào)或加熱通風(fēng)口或計(jì)算機(jī)風(fēng)扇的附近。也不應(yīng)該放置在人群聚集的地方，因?yàn)槿藛T的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生氣流。
3 將振動(dòng)降至最低
對(duì)于高精度天平，需要一個(gè)特殊的稱重臺(tái)來(lái)隔離天平與地板和建筑物之間的振動(dòng)。沒(méi)有稱重臺(tái)的可以將天平放在一個(gè)盡可能位于最低樓層的房間以及放置在建筑物外緣（靠近墻體）房間的角落，最好避免把天平放在有彈性的表面和振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室儀器附近的位置，也不要放在人員聚集的地方。
4 保持水平
稱重過(guò)程中最嚴(yán)重的不確定度來(lái)自未正確調(diào)平的天平。首次安裝天平和移動(dòng)天平后，都必須將天平調(diào)平，即使移動(dòng)只是為了臨時(shí)清潔工作臺(tái)。
賽多利斯Cubis II系列天平快速的自動(dòng)調(diào)平功能，助您避免繁瑣的準(zhǔn)備工作。
5 注意重力
電子天平不是測(cè)量質(zhì)量而是測(cè)量重量。然后將其轉(zhuǎn)換為天平上顯示的質(zhì)量。為了轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，天平將其檢測(cè)的重量除以重力加速度。當(dāng)天平移動(dòng)到另一樓層或完全移動(dòng)到另一個(gè)地方時(shí)，天平也必須重新校正和調(diào)整，以適應(yīng)重力的變化。
6 考慮密度的影響
要測(cè)得物體的真實(shí)質(zhì)量，需要進(jìn)行“浮力校正”，這對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)量而言是非常重要的步驟。空氣密度會(huì)由于環(huán)境溫度和濕度的差異而有所不同，并且會(huì)對(duì)稱重產(chǎn)生影響，是計(jì)算時(shí)必須考慮在內(nèi)的參數(shù)之一。
7 清理
確保稱量盤、稱量室和周圍區(qū)域始終保持清潔是降低測(cè)量不確定度的關(guān)鍵。這不僅僅是指清理灑出物。即使是灰塵和脫落的毛發(fā)也會(huì)干擾天平的性能，并影響稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。
8 注意有問(wèn)題的樣品
某些類型的樣品尤其難以準(zhǔn)確稱重。例如吸濕性物質(zhì)會(huì)從空氣中吸收水分并增加重量，具有蒸發(fā)特性的樣品由于水分蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致天平讀數(shù)持續(xù)下降，磁性物品會(huì)產(chǎn)生影響重量精度的力場(chǎng)，稱量粉末時(shí)需注意靜電等。
Summary
確定質(zhì)量測(cè)量的測(cè)量不確定度是許多行業(yè)的眾多科學(xué)家們必須解決的問(wèn)題。計(jì)算這些值的方法包括從高精度計(jì)算（手動(dòng)或借助賽多利斯天平軟件完成）到有根據(jù)的猜測(cè)。盡管獲得了測(cè)量不確定度，天平用戶還要在稱重過(guò)程中做很多事情來(lái)減少其結(jié)果中的不確定度。
發(fā)布者：德國(guó)賽多利斯集團(tuán)
聯(lián)系電話：實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與服務(wù)事業(yè)部：400 920 9889 / 生物工藝解決方案事業(yè)部：400 680 1870
E-mail：info.cn@sartorius.com
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標(biāo)簽：
Cubis
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