EXCEL 在質量比較儀數據處理中的應用

許曉青，李鎖印，趙琳，韓志國，馮亞南

(中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊050051)

1 質量比較儀及電子表格EXCEL 的作用

1.1 質量比較儀

質量是物體的一種重要屬性，它表示了物體慣性和引力大小的量度。質量比較儀主要是根據彈性元件的變形和應變，或電磁力反饋平衡的原理進行制造，它基于ABA 或ABBA 循環方式測量質量差值，用于砝碼傳遞或其他特殊用途的，以全量程或電子秤量范圍加配衡的稱量方式的高分辨力電子衡量設備。2011 年11 月30 日國家質量監督檢驗檢疫總局發布了JJF 1326－2011 《質量比較儀校準規范》，此規范是首次針對質量比較儀發布的校準規范，規范中規定了質量比較儀的校準項目為:重復性、偏載誤差和局部示值誤差。由校準規范可知:最終完成原始記錄、校準證書以及測量不確定度評定，需要對測量數據進行實驗標準偏差、方和根等比較繁瑣的計算。

1.2 電子表格EXCEL

EXCEL 是Office 辦公軟件家族中的核心軟件之一，它具有強大的自由制表和數據處理等多種功能，是目前世界上較為優秀和流行的電子表格制作和數據處理軟件之一。利用EXCEL 強大的公式函數計算能力和多個工作表的整合能力以及靈活的格式修飾和數據保護能力，可以把復雜的數據計算轉變為容易操作、簡單直觀、輸入參數直接得到想要結果的“輕松”操作。本實驗室自2012 年5 月起利用EXCEL 實行原始記錄、證書、不確定度計算自動一體化模板，取得了很好的效果。

2 測量原理及方法

2.1 測量標準及測量原理

本文采用本單位最高等級的E2等級砝碼作為標準器。

2.2 被測對象

賽多利斯生產的CCE2004 型質量比較儀

2.3 環境條件

溫度為18 ～23 ℃，校準時溫度變化每4 h 最大變化為0.7 ℃;

相對濕度為30% ～70%，校準時相對濕度變化每4 h 最大變化為10%。

2.4 測量原理與方法

選取Pt1=1 kg，Pt2=2 kg 作為試驗載荷點，基于A1A2A3A4的稱量方式，分別對質量比較儀的重復性、偏載誤差和局部示值誤差進行校準。

3 EXCEL 在質量比較儀校準結果中的解決方案

利用EXCEL 分別對原始記錄進行編制、完成校準證書的自動生成以及分別對各測量點進行不確定計算，本文編制的一體化模板總共可分為“原始記錄”、“校準證書”、“校準結果”“不確定度計算”四個工作表。

3.1 原始記錄的編制

3.1.1 原始記錄表頭的編制

按照實驗室相關文件的規定，編制原始記錄表頭(一般包括被檢/校設備信息、標準器具信息、檢定/校準日期、環境條件、校準人員等信息)，原始記錄表頭樣式詳見圖1。

3.1.2 原始記錄數據區域

圖1 原始記錄表頭格式

參照JJG 1326 －2011 《質量比較儀校準規范》編制原始記錄表格數據區域，數據區域共包括三大部分:重復性、偏載誤差和局部示值誤差。本文以其中的重復性為例。重復性測量數據如圖2 所示。(為了縮小圖片，對其中測量序號2 ～8 的數據進行了隱藏)。

圖2 重復性測量原始記錄

圖2所涉及到原始記錄數據區域的相關信息詳見表1。

表1 測量重復性原始記錄中數據區域相關信息

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重復性測量數據填入完成后，EXCEL 即可根據測量數據自動計算出最終校準結果和測量不確定度。

值得注意的是:若重復性測量次數小于10 次，則應在F56 和H56 中的數據之前乘以一個安全因子，使測量結果更接近于正態分布。測量次數與系數之間的安全因子見表2。

表2 測量次數與系數之間的安全因子表

3.2 校準證書信息頁的自動生成

利用Excel 的“選擇性粘貼”中的“粘貼鏈接”功能將“原始記錄”中的相關信息鏈接到“校準證書1 ～2 頁”，包括被檢儀器的相關信息如: “證書號”、“送檢單位”、“型號”、“機號/編號”、“結論”、“校準日期”等;還包括標準器具、所依據的技術文件、環境溫濕度等等。

3.3 校準結果的自動生成

利用Excel 的“粘貼”鏈接功能將“原始記錄”工作表中的數據鏈接到“校準結果”工作表(黃色陰影區域即為所鏈接的數據)，如圖3 所示。

圖3 校準結果頁

注意:一定要先“粘貼”所有數據以保證數據格式的一致性，再“粘貼鏈接”以保證數據值的正確性。

3.4 測量不確定度評定

參考校準規范的附錄A 進行不確定度評定。將“不確定度計算”工作表分為“各個不確定度分量”、“各影響因子”和“各項擴展不確定度”三大部分，如圖4 所示。

圖4 “不確定計算”工作界面

圖4 所涉及到“各不確定度分量”的相關信息主要來源于以下幾個方面:①通過鏈接到“原始記錄”工作表得到，如:C3:E5 單元格中的信息;②質量比較儀說明書，如:比較儀的溫度影響平均特性;③測量標準器即砝碼的證書，如:小砝碼實際的折算質量;④JJG99 －2006 砝碼檢定規程，如:小砝碼最大允許誤差。圖4 所涉及到“各影響因子”和“各項擴展不確定度”中的數據，則是通過輸入公式，鏈接“各不確定度分量”中的數據，EXCEL 自動進行計算得到。例如:計算試驗載荷為1kg 時，重復性測量的擴展不確定度，在目標單元格以“=”開頭，根據計算公式UR

表達式為“=2* SQRT (H4* POWER ((原始記錄!D12* 1000000)，2) +POWER (J12，2))”，其中“原始記錄!D12”為工作表“原始記錄”中的數據，H4、J12 均為本工作表“不確定度計算”中的數據，函數POWER (number，power)中，number 為底數，可以為任意實數;power 為指數，底數按該指數次冪乘方。

同理，我們可以根據不同的公式及數據運用其他函數對另外幾項不確定度分別進行計算。

4 數據處理中應注意的問題

從以上分析可知，質量比較儀在運用電子表格EXCEL 對其校準結果進行數據處理時，需要注意以下幾個問題:①重復性測量次數小于10 次時，需要考慮安全因子的問題;②注意公式中單位的統一，本文中試驗載荷單位為kg，而重復性測量不確定度的單位為mg，在利用公式進行計算時，需要對單位進行統一;③粘貼鏈接數據格式的準確。

5 結束語

本文重點介紹了如何利用Excel 的數據處理功能(尤其是“粘貼鏈接”功能)設計原始記錄、校準證書以及不確定度計算的Excel 一體化模板。經實踐證明，本方案利用EXCEL 解決原始記錄的處理、證書的自動生成和不確定度的計算，可以使三者較好地融為一體，化繁為簡，具有較強的通用性，從而極大地減輕了校準人員的工作量，最大程度上降低了出錯率。最后指出在質量比較儀在運用EXCEL 對其校準結果進行數據處理時，需要注意的問題。

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