楊文海 魏峻/上海市寶山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測所

0 引言

電子秤是衡器的一種，是利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測定物體質(zhì)量的計(jì)量器具?，F(xiàn)代電子秤是采用傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子稱量裝置，實(shí)現(xiàn)了“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)”的稱量要求，同時(shí)有效地消除了人為誤差，使之更符合法制計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求。電子秤被廣泛應(yīng)用于商業(yè)貿(mào)易活動(dòng)及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，依據(jù)《中華人民共和國計(jì)量法》，電子秤被列入強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄。為了解上海法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的電子秤檢定工作的技術(shù)現(xiàn)狀及考核檢定人員的技術(shù)能力，確保檢定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，提高檢定人員的技術(shù)水平，上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局布置了上海市范圍內(nèi)法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)電子秤量值比對(duì)任務(wù)。

1 技術(shù)背景

1.1 比對(duì)依據(jù)

1）JJG 539-2016《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》

2）JJF 1117-2010《計(jì)量比對(duì)計(jì)量技術(shù)規(guī)范》

3）GB/T 15483-1999《利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)的能力驗(yàn)證》

4）JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》

1.2 比對(duì)組織實(shí)施

上海市寶山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測所為本次比對(duì)的主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。主要負(fù)責(zé)比對(duì)技術(shù)方案的制定，組織比對(duì)的具體實(shí)施，確定比對(duì)時(shí)間表，解決比對(duì)中各種技術(shù)問題，匯總并分析比對(duì)結(jié)果，起草比對(duì)總結(jié)報(bào)告。參加比對(duì)的實(shí)驗(yàn)室為上海市9家區(qū)縣法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)。參比實(shí)驗(yàn)室對(duì)應(yīng)的序號(hào)分別為：1、2、3、4、5、6、7、8、9。

按照比對(duì)實(shí)施細(xì)則的要求，本次比對(duì)采用移動(dòng)地點(diǎn)比對(duì)方式，以花瓣式路線（圖1）進(jìn)行樣品的傳遞。參比實(shí)驗(yàn)室每三個(gè)為一組，共分三組。首先由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將傳遞標(biāo)準(zhǔn)在本實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行檢定，得到檢定數(shù)據(jù)后，進(jìn)行第一組參比實(shí)驗(yàn)室間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。第一組內(nèi)3家參比實(shí)驗(yàn)室檢定完成后，傳遞標(biāo)準(zhǔn)返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室再次檢定并確認(rèn)樣品狀態(tài)后進(jìn)行第二組參比實(shí)驗(yàn)室間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。第二組內(nèi)3家參比實(shí)驗(yàn)室檢定完成后，傳遞標(biāo)準(zhǔn)返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室檢定并確認(rèn)樣品狀態(tài)后進(jìn)行第三組參比實(shí)驗(yàn)室間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。第三組內(nèi)3家參比實(shí)驗(yàn)室檢定完成后，傳遞標(biāo)準(zhǔn)返回主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室檢定并確認(rèn)樣品最終狀態(tài)。

圖1 花瓣式路線進(jìn)行樣品的傳遞

1.3 傳遞標(biāo)準(zhǔn)及穩(wěn)定性

傳遞標(biāo)準(zhǔn)由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室提供。本次比對(duì)使用的傳遞標(biāo)準(zhǔn)為上海市寶山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測所提供的上海寺岡電子有限公司生產(chǎn)的電子秤一臺(tái)，其型號(hào)：DS-782 型，最大秤量：15 kg，最小秤量：100 g，檢定分度值：5 g，準(zhǔn)確度等級(jí)：級(jí)，器號(hào)：15500806。另選取一臺(tái)上海天合電子有限公司生產(chǎn)的同規(guī)格的電子秤（器號(hào)：50210160）作為備用傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室選擇兩臺(tái)電子計(jì)價(jià)秤進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，連續(xù) 2 個(gè)月每周在 7 500 g、15 000 g 點(diǎn)進(jìn)行一組10次的重復(fù)測量，取其算術(shù)平均值作為該組的測量結(jié)果。

比對(duì)開始前傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)見表1。

表1 電子計(jì)價(jià)秤穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

在連續(xù) 2 個(gè)月每周在 7 500 g、15 000 g 點(diǎn)進(jìn)行的穩(wěn)定性試驗(yàn)中，相應(yīng)稱量點(diǎn)處測量結(jié)果最大值與最小值之差均不大于相應(yīng)載荷點(diǎn)最大允許誤差的三分之一，即1.7 g和2.5 g。這說明傳遞標(biāo)準(zhǔn)和備用傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性均滿足比對(duì)要求。

比對(duì)開始之后，在每3家參比單位測量前后，均由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行穩(wěn)定性的監(jiān)控測量，以確保整個(gè)比對(duì)期間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定、可靠。比對(duì)期間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)見表2。

表2數(shù)據(jù)表明，傳遞前后傳遞標(biāo)準(zhǔn)在7 500 g、15 000 g兩個(gè)稱量點(diǎn)的重復(fù)測得值之差不大于該載荷點(diǎn)最大允許誤差的三分之一，這說明傳遞標(biāo)準(zhǔn)在比對(duì)期間的穩(wěn)定性滿足要求。

表2 比對(duì)期間傳遞標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

1.4 比對(duì)方案

根據(jù)檢定規(guī)程中相關(guān)檢定項(xiàng)目的要求，本次比對(duì)主要考核比對(duì)原始記錄填寫規(guī)范性及檢定證書格式規(guī)范性，電子秤7.5 kg稱量點(diǎn)及15 kg稱量點(diǎn)示值誤差及不確定度評(píng)定。

2 不確定度評(píng)定方法和要求

2.1 不確定度評(píng)定方法

不確定度評(píng)定的術(shù)語和方法應(yīng)依據(jù)國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》進(jìn)行。測量不確定度評(píng)定報(bào)告必須包含對(duì)選定受檢點(diǎn)（7 500 g、15 000 g）測得值的測量不確定度評(píng)定和分析過程。

2.2 不確定度評(píng)定報(bào)告的要求

不確定度報(bào)告至少要包含以下內(nèi)容：

1）概述；

2）測量模型；

ΔE=P-m

式中：ΔE——被檢電子計(jì)價(jià)秤示值誤差；

P——電子計(jì)價(jià)秤示值；

m—— 標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值

3）各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定及計(jì)算過程；

可供參考的不確定度分量有以下幾個(gè)方面：

① 被檢電子秤測量重復(fù)性

② 被檢電子秤偏載誤差

③ 示值隨電源電壓變化

④ 標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度

⑤ 分辨力

重復(fù)性和分辨力的影響，取其較大的部分

4）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定；

5）擴(kuò)展不確定度的評(píng)定；

6）測量不確定度的報(bào)告與表示（取k=2）。

3 參考值的確定及比對(duì)數(shù)據(jù)處理

3.1 傳遞標(biāo)準(zhǔn)的參考值及其擴(kuò)展不確定度

按此次比對(duì)方案的要求，本次比對(duì)采用上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院F1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼傳遞的量值作為參考值。參考值的測量不確定度由上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院提供，詳見表3：

表3 由上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院采用F1等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼傳遞的量值數(shù)據(jù)

3.2 比對(duì)數(shù)據(jù)處理方法

3.2.1 比對(duì)結(jié)果的處理——En值判定法

本次比對(duì)結(jié)果采用En值進(jìn)行評(píng)價(jià)，En值計(jì)算公式為：

按以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果：|En|≤1，比對(duì)結(jié)果為滿意，|En| ＞ 1比對(duì)結(jié)果為不滿意。

3.3 各參比實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)數(shù)據(jù)匯總

各參比實(shí)驗(yàn)室上報(bào)的比對(duì)結(jié)果及其擴(kuò)展不確定度（k= 2）的匯總見表4。表4中帶下劃線的是參比單位首次遞交的比對(duì)結(jié)果，不帶下劃線的數(shù)據(jù)是最終比對(duì)結(jié)果。

各參比實(shí)驗(yàn)室的En值以最終上報(bào)的比對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，詳見表5，表5中帶下劃線的是參比單位首次遞交的比對(duì)結(jié)果，不帶下劃線的數(shù)據(jù)是最終比對(duì)結(jié)果。

由表5可見，參加比對(duì)的9個(gè)實(shí)驗(yàn)室的|En|值均小于1，比對(duì)結(jié)果滿意。

表4 各實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果及其不確定度

表5 按本次比對(duì)要求計(jì)算所得En值

4 比對(duì)結(jié)果分析

主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室對(duì)參比實(shí)驗(yàn)室上交比對(duì)結(jié)果報(bào)告進(jìn)行匯總、整理，并編制本次比對(duì)總結(jié)報(bào)告。針對(duì)比對(duì)過程中反映出的共性問題提出幾點(diǎn)建議，以利提高實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性及實(shí)驗(yàn)室的測量能力。

4.1 比對(duì)結(jié)果材料的遞交

本次比對(duì)中，各參比實(shí)驗(yàn)室均根據(jù)比對(duì)方案與細(xì)則的規(guī)定，將比對(duì)結(jié)果提交給主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室后期整理過程中發(fā)現(xiàn)，1號(hào)、3號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室提交的測量結(jié)果的末位與測量不確定度的末位不一致，4號(hào)、5號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室提交的測量結(jié)果沒有采用檢定的化整前的修正示值，而是提交了測量重復(fù)性的平均值作為測量結(jié)果進(jìn)行了提交，經(jīng)過溝通，兩家參比實(shí)驗(yàn)室對(duì)測量結(jié)果重新進(jìn)行了提交。

4.2 檢定結(jié)果

按照本次比對(duì)方案要求，本次比對(duì)中電子秤檢定為后續(xù)檢定，在稱量測試中除皮稱量測試可以不做，其他稱量測試要按照檢定規(guī)程要求進(jìn)行測試。原始記錄的表述中，各個(gè)參比實(shí)驗(yàn)室的重復(fù)性誤差應(yīng)寫為≤ 5.0 g 和≤ 7.5 g，不是 5.0 g、7.5 g 和 ±5.0 g、±7.5 g。5號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室沒有按規(guī)程要求進(jìn)行500e（2 500 g）拐點(diǎn)稱量點(diǎn)進(jìn)行測試。7號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室原始記錄中準(zhǔn)確度等級(jí)表述有誤，無橢圓。1號(hào)、2號(hào)和6號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室原始記錄中沒有表述是隨后檢定還是首次檢定。

4.3 測量不確定度的評(píng)定

測量不確定度評(píng)定中,參比實(shí)驗(yàn)室都存在一些問題。具體如下：

1）測量不確定度來源主要是數(shù)字指示秤測量重復(fù)性、分辨力、四角偏載誤差以及示值隨電源電壓變化等。9家參比實(shí)驗(yàn)室中，有4家實(shí)驗(yàn)室在確定不確定度來源時(shí)未考慮數(shù)字指示秤分辨力引入的不確定度。

數(shù)字指示秤分辨力引起的不確定度分項(xiàng)評(píng)定:電子秤最小顯示分辨力為5 g，半寬為2.5 g，服從均勻分布，包含因子k=

數(shù)字指示秤測量重復(fù)性、分辨力引入的不確定度分量是由同一種效應(yīng)導(dǎo)致的，所以這兩者之間取數(shù)值大的，而不應(yīng)同時(shí)作為分量引入。個(gè)別實(shí)驗(yàn)室因?yàn)橹豢紤]了測量重復(fù)性引入的不確定度分量，未考慮分辨力引入的不確定度分量，所以最后評(píng)定的不確定度偏小。

2）數(shù)字指示秤偏載誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算偏差較大，各實(shí)驗(yàn)室對(duì)于這一不確定度的分析方法各異，結(jié)果不同。

多家參比實(shí)驗(yàn)室的評(píng)定方法為：

數(shù)字指示秤進(jìn)行偏載試驗(yàn)時(shí)，用最大稱量1/3的砝碼，放置在1/4秤臺(tái)面積中，最大值與最小值之差一般不會(huì)超出 5 g，半寬a=2.5 g，而測量時(shí)放置砝碼的位置較為注意，偏載量遠(yuǎn)比做偏載試驗(yàn)時(shí)少，假設(shè)其誤差為偏載試驗(yàn)時(shí)的1/3，并服從均勻分布，包含因子k=可得：

這個(gè)評(píng)定方法中，電子秤偏載誤差是帶正負(fù)號(hào)的，因此半寬是5 g，而非2.5 g。另外，偏載的位置在規(guī)程中是相對(duì)固定的，因而位置的差異導(dǎo)致誤差縮至1/3不合理。建議各個(gè)參比單位取實(shí)際測量過程中偏載誤差的最大值和最小值作為變化區(qū)間，以其半寬按均勻分布考慮比較合適。

3）標(biāo)準(zhǔn)砝碼m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定中，各參比實(shí)驗(yàn)室都是取允差表規(guī)定的最大允許誤差絕對(duì)值的得到。

查表得到7.5 kg砝碼，允差±0.375 g，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度

查表得到15 kg砝碼，允差±0.75 g，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度

按照砝碼規(guī)程的要求，標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(m)的評(píng)定，是由檢定證書中擴(kuò)展不確定度U和覆蓋因子k（通常k= 2）的商，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的不穩(wěn)定性引起的不確定度uinst(m)得到：

其中U為允差的，

這樣得出：

7.5 kg 稱量點(diǎn)，U=0.125 g，

15 kg 稱量點(diǎn)，U=0.25 g，

4.4 測量結(jié)果表述的規(guī)范性

在最終結(jié)果的報(bào)告中，表述應(yīng)規(guī)范，測量結(jié)果的末位與測量不確定度的末位應(yīng)對(duì)齊。1號(hào)、3號(hào)參比實(shí)驗(yàn)室遞交的比對(duì)報(bào)告中實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果與不確定度末位沒有對(duì)齊。

5 結(jié)語

綜上所述，本次電子秤量值比對(duì)反映出上海法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)電子秤量值傳遞的總體狀況是良好的，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置能夠符合要求，計(jì)量檢定人員對(duì)技術(shù)規(guī)范的理解較為準(zhǔn)確，測量操作程序和數(shù)據(jù)處理正確，不確定度評(píng)定基本合理，滿足上海市電子秤量值傳遞的要求。