淺談電子衡器計(jì)量檢定不確定度評(píng)定有關(guān)問(wèn)題

李永斌

摘 要：伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電子衡器在我們的生活中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電子計(jì)量?jī)x器不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)量工具，而且還能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的貿(mào)易公平。為了維護(hù)市場(chǎng)的正常秩序，確保市場(chǎng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)，必須重視電子衡器計(jì)量檢定工作。因此，本文主要探討了電子衡器計(jì)量不確定度的相關(guān)問(wèn)題，以期為提高電子衡器計(jì)量精確度提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電子衡器；計(jì)量；不確定度；檢定

衡器屬于商業(yè)貿(mào)易領(lǐng)域中所使用的一種計(jì)量器具。不僅與人們的消費(fèi)活動(dòng)有著密切聯(lián)系，而且也關(guān)系到國(guó)與國(guó)之間的貿(mào)易結(jié)算。因此，世界各國(guó)都非常重視衡器的管理工作，大部分國(guó)家還將衡器納入到強(qiáng)制檢定項(xiàng)目中。我國(guó)將計(jì)量檢定規(guī)程作為評(píng)價(jià)衡器計(jì)量性能的主要參考依據(jù)。通過(guò)參照有關(guān)規(guī)程來(lái)對(duì)市場(chǎng)上各類電子衡器進(jìn)行檢定，從而更好地維護(hù)市場(chǎng)正常秩序。隨著科技的發(fā)展，電子衡器發(fā)展迅速，種類繁多，功能也更多。因此，有必要對(duì)電子衡器計(jì)量檢定中的不確定問(wèn)題進(jìn)行研究。

1測(cè)量不確定度的概述

測(cè)量不確定度屬于測(cè)量結(jié)果的重要參數(shù)之一，能讓被測(cè)量值的表征呈分散性特征。不確定度的測(cè)量參數(shù)是由不同分量組成的，而獲取各種不確定度值的方法是非常復(fù)雜多樣的。在測(cè)量不確定度值的過(guò)程中必須考慮很多變化因素的干擾，特別是測(cè)量各種處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下電子衡器。簡(jiǎn)而言之就是對(duì)同一計(jì)量檢定進(jìn)行多次測(cè)量，然后利用貝塞爾公式計(jì)算分散性結(jié)果數(shù)據(jù)。測(cè)量不確定度屬于測(cè)量結(jié)果顯示的重要方面，因此，測(cè)量結(jié)果報(bào)告中除了要有測(cè)量結(jié)果，還應(yīng)附上測(cè)量不確定度。

測(cè)量結(jié)果的誤差性、測(cè)量結(jié)果的可靠性及不肯定程度均是反映測(cè)量不確定度的不確定性的主要因素。通過(guò)相關(guān)參數(shù)來(lái)反映測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量[1]。由于各種人為因素與測(cè)量因素的干擾，得到的測(cè)量值呈分散性特征。每次測(cè)量得到的數(shù)據(jù)都不盡相同，而是具有一定規(guī)律性，按照一定概率分散在某個(gè)數(shù)值區(qū)間。因此，這種概率也帶有一定的分散性特點(diǎn)，而測(cè)量不確定度就能體現(xiàn)出被測(cè)量值的分散性參數(shù)。這就能進(jìn)一步評(píng)定測(cè)量結(jié)果的數(shù)值與真值的接近程度。目前，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)值來(lái)反映測(cè)量不確定度，從而使上述分散性特征表征化。在工作中可通過(guò)測(cè)量不確定度來(lái)獲取測(cè)量結(jié)果的置信區(qū)間，因此，可采用標(biāo)準(zhǔn)偏差與置信區(qū)間的半寬度來(lái)表示測(cè)量不確定度。

2測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差分析

不確定度與誤差經(jīng)常被混為一談，其實(shí)二者有一定聯(lián)系，也有不少區(qū)別。誤差理論是測(cè)量不確定度的重要理論基礎(chǔ)，二者的研究手段也比較相似。二者的主要差別在于定義上，測(cè)量不確定度體現(xiàn)的是測(cè)量結(jié)果在數(shù)據(jù)值方面的分散性特點(diǎn)，通過(guò)分析評(píng)定測(cè)量中得到的分散性數(shù)據(jù)，最終計(jì)算出一個(gè)數(shù)值區(qū)間；測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果與真值間存在的差度值[2]。在測(cè)量不確定度的時(shí)候，工作人員可參考實(shí)驗(yàn)結(jié)果、相關(guān)資料以及以前的經(jīng)驗(yàn)來(lái)大致評(píng)定測(cè)量值的分散性數(shù)據(jù)。不過(guò)這種分析評(píng)定方式極易受到工作人員的專業(yè)能力的影響。與誤差一樣，測(cè)量不確定度也屬于一個(gè)估計(jì)值，不能代替真實(shí)值，也無(wú)法對(duì)量值進(jìn)行修正。誤差雖是一個(gè)估算值，也無(wú)法準(zhǔn)確反映出真實(shí)值，但誤差不受外部人為因素的干擾。可見(jiàn)，誤差是一種客觀存在的現(xiàn)象，有時(shí)可根據(jù)誤差對(duì)測(cè)量進(jìn)行修正。

3電子衡器不確定度的評(píng)定方法

3.1研究對(duì)象

根據(jù)中國(guó)當(dāng)前有關(guān)規(guī)定來(lái)看，在開(kāi)展研究工作時(shí)應(yīng)將外部溫度調(diào)整在-10～40℃之間。研究工具為100mg～10Kg的四等砝碼，要求每類砝碼的誤差值必須≤（0.5mg～0.5g）。為確保測(cè)量值的準(zhǔn)確性，本次研究采用Ⅲ級(jí)電子秤，該電子秤的稱量上限為15kg，分度值為5g。

3.2電子衡器的測(cè)量過(guò)程

在開(kāi)始測(cè)量時(shí)，工作人員需從零開(kāi)始，逐漸增加砝碼進(jìn)行分析。按照從小到大的順序增加砝碼，直到達(dá)到電子秤的最大稱量，隨后又按照從小到大的順序減少砝碼，最后歸零。在此過(guò)程中所出現(xiàn)的示值誤差就是標(biāo)準(zhǔn)砝碼與分段示值之間的差。在檢定電子秤的時(shí)候，工作人員應(yīng)選擇最小秤量20分度值，500分度值，2000分度值，最大秤量50%，最大秤量[3]。

3.3制作數(shù)學(xué)模型

為確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，需構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型：

△E=P-m（△E表示電子秤的示值誤差；P代表電子秤的示值；m代表標(biāo)準(zhǔn)砝碼的值）

3.4評(píng)定不確定度的方法

本次研究中存在的不確定主要來(lái)自三方面：一是測(cè)量過(guò)程的重復(fù)性所引起的電子秤的不確定度；二是因?yàn)闇囟纫约半娮映铀狡罘矫娴牟町惗鸬碾娮映硬淮_定度；三是因?yàn)殡妷夯螂娫吹挠绊懚鸬碾娮映硬淮_定度。

3.4.1電子秤示值P所引起的不確定度

（1）溫度及電子秤水平偏差原因

首先需要測(cè)定電子秤由于水平偏載而導(dǎo)致的不確定度。在電子秤上將最大稱量的1/3砝碼放在秤臺(tái)面積的1/4上，由于砝碼所占半寬為2.5g，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)最大值與最小值之間的差≤5g。通常來(lái)講，人們使用電子秤時(shí)，砝碼放置的位置所引起的誤差明顯低于由水平偏載所引起的誤差[4]。若把電子秤使用過(guò)程中的偏載誤差設(shè)定為試驗(yàn)種誤差的三分之一，且要求其分布必須符合設(shè)計(jì)規(guī)定，便可計(jì)算出電子秤由于水平偏差所造成的不確定度為0.48g，其自由度為50。

（2）電壓或電源原因

在試驗(yàn)種若電源電源有變化，示值也會(huì)隨之改變。示值變化幅度是0.2分度值，具體來(lái)講就是1.0g。若半寬設(shè)為1.0g，其分布情況符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，可得出不確定度為0.58g，自由度為50。

（3）測(cè)量重復(fù)性原因

每次測(cè)量結(jié)果都有一定差異，經(jīng)計(jì)算本次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為0.41g，因此，由于重復(fù)測(cè)量所造成的不確定度為0.29g，自由度為90。

（4）輸入量P的不確定度

輸入量P不確定度是由電子秤偏載誤差造成的不確定度、電壓電源不確定度、測(cè)量重復(fù)性造成的不確定度組成的[5]。因此，將上述三個(gè)不確定度結(jié)合起來(lái)就能得到輸入量P的不確定度。

3.4.2輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

通過(guò)查詢?cè)试S誤差表可知，15kg砝碼的允許誤差是±0.75g，由此可得到m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.43g，其自由度為50。

3.4.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于P與m是相互獨(dú)立的關(guān)系，先計(jì)算出二者的靈敏系數(shù)，分別為1與-1，再計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.96g，最終得出其有效自由度為179。

3.4.4擴(kuò)展不確定度

若把合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度設(shè)為10，置信率為95%，再查閱有關(guān)資料可計(jì)算出Kp為1.984，而擴(kuò)展不確定度為1.8g。

4結(jié)語(yǔ)

總之，隨著科技的快速發(fā)展，電子衡器正朝著運(yùn)行迅速、計(jì)量準(zhǔn)確、精密度高的方向發(fā)展。但從實(shí)際來(lái)看電子衡器計(jì)量結(jié)果不確定度仍是一個(gè)主要問(wèn)題。隨著大型衡器種類的增加，而檢定部門(mén)運(yùn)輸力量跟不上，即使有了大型砝碼，也很難將其運(yùn)輸?shù)綑z定現(xiàn)場(chǎng)。這就需要我們工作人員繼續(xù)鉆研，探索更高效、準(zhǔn)確的計(jì)量檢定方法，不斷提高電子衡器計(jì)量檢定工作水平，從而更好地維護(hù)市場(chǎng)秩序，為貿(mào)易的公平性奠定基礎(chǔ)。

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