在生產過程中, 由于工業測量過程的需要, 爲保證稱量過程的准確性, 常常要求我們對稱重過程加以控制, 如減小稱量誤差, 建立期間核查程序等, 通常用戶會對衡器供應商提出苛刻甚至過分的要求, 本文通過探討檢定分度值、實際分度值對電子台秤的不確定度影響, 確立一種期間核查方案, 來實現測量過程的技術要求。下面以150kg電子台秤爲例就電子秤的不確定度評定過程進行論述。

1 概述

1.1 測量依據:JJG 539-1997《數字指示秤》檢定規程。

1.2 環境條件:常溫。

1.3 測量標准:M1等級砝碼。

1.4 被測對象:電子台秤:檢定分度值e:50g;實際分度值d:20g;最大秤量:150 kg;最大允許誤差: (1~25) kg:±25g, (25~100) kg:±50g, (100~150) kg:±75g。

1.5 測量過程:采用砝碼直接加載、卸載的方式, 分段測量電子台秤示值與標准砝碼標稱值之差, 即爲被校電子台秤示值誤差。

2 數學模型與靈敏系數

2.1 數學模型

E=P-m

式中:E———被校電子台秤示值與M1等級標准砝碼的組合標稱質量值的差值;

P———被校電子台秤示值;

m———M1等級標准砝碼的組合標稱質量。

2.2 靈敏系數

3 標准不確定度評定

3.1 輸入量P的標准不確定度u (P)

輸入量P的標准不確定度u (P) 的來源主要有:

(1) 測量重複性引入的不確定度分量u (P1) ;

(2) 電子台秤示值分辨力引入的不確定度分量u (P2) ;

(3) 測量偏載誤差引入的不確定度分量u (P3) ;

(4) 電子台秤承重面不水平引入的不確定度分量u (P4) 。

3.1.1 電子台秤的測量重複性引入的不確定度分量u (P1) , 采用A類評定方法評定。在測量電子台秤時, 在重複性條件下, 對該秤1kg, 25kg, 75kg, 100kg, 150kg測量點分別進行10次測量, 求該秤以上測量電的實驗標准差s:

實驗室多次測量證明, 通常 姨遠遠小于示值分辨力引入的不確定度u (P2) 。u (P1) 忽略不計。

3.1.2 被測電子台秤示值分辨力引入的標准不確定度分量u (P2) , 被測電子台秤實際分度值爲d=20g, 故半寬爲d/2, 屬均勻分布, 取包含因子 , 則

3.1.3 測量偏載誤差引入的不確定度分量u (P3) , 在用標准砝碼進行偏載測量時, 其偏載誤差一般不會超過偏載測試對應值的最大允許誤差, 由于一般秤具有4個承重點, 故偏載對稱重結果的影響不超過其對應值的最大允許誤差的1/4, 服從正態分布, 包含因子k=3, 則

3.1.4 電子台秤承重面不水平引入的不確定度分量u (P4) , 由于電子秤實際測量的是砝碼所受的重力, 如稱重面不水平, 則所受重力P與標准砝碼質量m將存在一定的夾角, 所以測量過程中應使台秤承重面處于水平狀態, 估計其水平誤差不會超過0.5°, 屬均勻分布, 包含因子爲 , 故

其中, cos0.5°=0.99996

3.1.6 由于u (P2) 、u (P3) 、u (P4) 彼此獨立, 互不相關, 因此

3.2 輸入量m的標准不確定度u (m)

輸入量m的標准不確定度u (m) 的主要來源于M1等級砝碼誤差, 服從均勻分布, 包含因子 , 則不確定度爲

4 合成標准不確定度的計算

5 擴展不確定度的評定

當k取2時, 該電子台秤擴展不確定度如下:則U=kuc (E)

由以上評定可以看出, 電子台秤的實際分度值d在各不確定分量中所占比重較大, 當d=e=50g時, 其不確定結果如下:

很明顯不確定度有很大改變, 尤其秤量範圍在25kg以下時, 其不確定度已經大于其秤量範圍的最大允許誤差±0.5e (±25g) 。

如果使e=d=20g是否可行呢, 在實際工作中我們發現如果檢定分度值e過小, 那麽電子台秤在檢定周期內就會出現大量不合格現象, 其型式很難獲得批准, 所以市場上出現了許多實際分度值與檢定分度值不一致的電子秤。

上面的不確定度評定過程說明, d<e, 並不能提高電子秤的准確度, 但可以大大降低其不確定度, 通過此功能不僅可以提高我們日常測量的精度, 也使我們有了一種期間核查的方法來保證校准周期內稱量過程的准確性。

爲此, 我們可以准備一個25kg左右的性質穩定的物體, 在送檢回來後進行多次稱量, 記錄其示值並計算示值平均值, 每間隔一段時間, 再重複上述稱量, 當發現其值發生變化時, 增加或減少20g, 我們就應再次送檢。這是因爲雖然最大允許誤差MPE爲±25g, 但d+U=20g+13g=33g, 已大于最大允許誤差, 故應重新溯源, 又因爲電子秤的誤差基本爲線性的, 150kg秤量點的誤差基本爲25kg的三倍左右, 當25kg測量點變化±20g時, 其最大秤量變化約爲±60g, 小于其最大允許誤差±75g, 因此對25kg點進行核查, 可以保證全量程的測量准確度, 且25kg的核查標准較易獲得, 容易實現, 而不必再准備100kg以上的核查替代物。