在生产过程中, 由于工业测量过程的需要, 为保证称量过程的准确性, 常常要求我们对称重过程加以控制, 如减小称量误差, 建立期间核查程序等, 通常用户会对衡器供应商提出苛刻甚至过分的要求, 本文通过探讨检定分度值、实际分度值对电子台秤的不确定度影响, 确立一种期间核查方案, 来实现测量过程的技术要求。下面以150kg电子台秤为例就电子秤的不确定度评定过程进行论述。

1 概述

1.1 测量依据:JJG 539-1997《数字指示秤》检定规程。

1.2 环境条件:常温。

1.3 测量标准:M1等级砝码。

1.4 被测对象:电子台秤:检定分度值e:50g;实际分度值d:20g;最大秤量:150 kg;最大允许误差: (1~25) kg:±25g, (25~100) kg:±50g, (100~150) kg:±75g。

1.5 测量过程:采用砝码直接加载、卸载的方式, 分段测量电子台秤示值与标准砝码标称值之差, 即为被校电子台秤示值误差。

2 数学模型与灵敏系数

2.1 数学模型

E=P-m

式中:E———被校电子台秤示值与M1等级标准砝码的组合标称质量值的差值;

P———被校电子台秤示值;

m———M1等级标准砝码的组合标称质量。

2.2 灵敏系数

3 标准不确定度评定

3.1 输入量P的标准不确定度u (P)

输入量P的标准不确定度u (P) 的来源主要有:

(1) 测量重复性引入的不确定度分量u (P1) ;

(2) 电子台秤示值分辨力引入的不确定度分量u (P2) ;

(3) 测量偏载误差引入的不确定度分量u (P3) ;

(4) 电子台秤承重面不水平引入的不确定度分量u (P4) 。

3.1.1 电子台秤的测量重复性引入的不确定度分量u (P1) , 采用A类评定方法评定。在测量电子台秤时, 在重复性条件下, 对该秤1kg, 25kg, 75kg, 100kg, 150kg测量点分别进行10次测量, 求该秤以上测量电的实验标准差s:

实验室多次测量证明, 通常 姨远远小于示值分辨力引入的不确定度u (P2) 。u (P1) 忽略不计。

3.1.2 被测电子台秤示值分辨力引入的标准不确定度分量u (P2) , 被测电子台秤实际分度值为d=20g, 故半宽为d/2, 属均匀分布, 取包含因子 , 则

3.1.3 测量偏载误差引入的不确定度分量u (P3) , 在用标准砝码进行偏载测量时, 其偏载误差一般不会超过偏载测试对应值的最大允许误差, 由于一般秤具有4个承重点, 故偏载对称重结果的影响不超过其对应值的最大允许误差的1/4, 服从正态分布, 包含因子k=3, 则

3.1.4 电子台秤承重面不水平引入的不确定度分量u (P4) , 由于电子秤实际测量的是砝码所受的重力, 如称重面不水平, 则所受重力P与标准砝码质量m将存在一定的夹角, 所以测量过程中应使台秤承重面处于水平状态, 估计其水平误差不会超过0.5°, 属均匀分布, 包含因子为 , 故

其中, cos0.5°=0.99996

3.1.6 由于u (P2) 、u (P3) 、u (P4) 彼此独立, 互不相关, 因此

3.2 输入量m的标准不确定度u (m)

输入量m的标准不确定度u (m) 的主要来源于M1等级砝码误差, 服从均匀分布, 包含因子 , 则不确定度为

4 合成标准不确定度的计算

5 扩展不确定度的评定

当k取2时, 该电子台秤扩展不确定度如下:则U=kuc (E)

由以上评定可以看出, 电子台秤的实际分度值d在各不确定分量中所占比重较大, 当d=e=50g时, 其不确定结果如下:

很明显不确定度有很大改变, 尤其秤量范围在25kg以下时, 其不确定度已经大于其秤量范围的最大允许误差±0.5e (±25g) 。

如果使e=d=20g是否可行呢, 在实际工作中我们发现如果检定分度值e过小, 那么电子台秤在检定周期内就会出现大量不合格现象, 其型式很难获得批准, 所以市场上出现了许多实际分度值与检定分度值不一致的电子秤。

上面的不确定度评定过程说明, d<e, 并不能提高电子秤的准确度, 但可以大大降低其不确定度, 通过此功能不仅可以提高我们日常测量的精度, 也使我们有了一种期间核查的方法来保证校准周期内称量过程的准确性。

为此, 我们可以准备一个25kg左右的性质稳定的物体, 在送检回来后进行多次称量, 记录其示值并计算示值平均值, 每间隔一段时间, 再重复上述称量, 当发现其值发生变化时, 增加或减少20g, 我们就应再次送检。这是因为虽然最大允许误差MPE为±25g, 但d+U=20g+13g=33g, 已大于最大允许误差, 故应重新溯源, 又因为电子秤的误差基本为线性的, 150kg秤量点的误差基本为25kg的三倍左右, 当25kg测量点变化±20g时, 其最大秤量变化约为±60g, 小于其最大允许误差±75g, 因此对25kg点进行核查, 可以保证全量程的测量准确度, 且25kg的核查标准较易获得, 容易实现, 而不必再准备100kg以上的核查替代物。