衡器載荷測量儀標準載荷單元測量結果不確定度評定

蔡開城，郭貴勇

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

0 引言

電子汽車衡是企業、廠礦等用于大宗貨物計量的稱重設備，廣泛應用于貿易結算領域。衡器載荷測量儀可依據據JJG1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規程》對一種檢定最大秤量不小于30t、檢定分度數不大于3000的中準確度和普通準確度電子汽車衡進行檢定。衡器載荷測量儀是由標準載荷單元、標準載荷單元組和液壓控制系統構成，其測力系統最多由13臺標準載荷單元組成，標準載荷單元是由反力裝置、液壓油缸、傳感器和測量儀表等組成[1]，用于對電子汽車衡施加標準載荷。標準載荷單元力值的準確度關系到電子汽車衡量值溯源的準確性，關系到貿易結算活動的公平和公正，需要對標準載荷單元力值進行檢定[2-3]。

1 測量依據、條件及方法

1.1 測量條件

（1）環境條件：溫度：（20±5）℃，且變化不超過1℃/h；相對濕度：不大于80%；檢定環境不允許有影響檢定結果的振源、電磁干擾等現象。

（2）測量標準：①F2等級標準砝碼：測量范圍200kg-150t，由JJG99-2006《砝碼檢定規程》給出其質量允差為3g-30g，擴展不確定度U≤（1-10）g，（k=2）；②質量比較儀：測量范圍200kg-150t，分度值0.1kg，相對擴展不確定度不大于0.0037%,（k=2）；③被測對象：選取一臺衡器載荷測量儀標準載荷單元(測量范圍200kg-20t，分度值0.1kg)進行試驗，以評定其測量不確定度；

（3）測量方法：在規定條件下，將衡器載荷測量儀標準載荷單元、質量比較儀調整為工作狀態，依據JJG99-2006《砝碼》，采用直接比較法，被檢標準載荷單元與一個或多個標準砝碼通過ABA比較的方式進行檢定，其中：A為標準砝碼；B為被檢標準載荷單元。采用標準載荷單元對質量比較儀施加額定載荷3次[4-10]。

1.2 0°方位檢定

（1）將質量比較儀清零，按照標準載荷單元的檢定點要求，將F2級砝碼依次遞增加到質量比較儀上，加載到相應的檢定點時保持一定時間，記錄質量比較儀示值，直至最大檢定點，然后依次卸除所有砝碼。

（2）將質量比較儀和衡器載荷測量儀標準載荷單元清零，標準載荷單元按照檢定點對質量比較儀按遞增順序加載，加載到相應的檢定點時保持一定時間，記錄質量比較儀示值，直至最大檢定點，依次卸除所有載荷。

（3）重復②步驟一遍。

（4）重復①②③步驟一遍。

1.3 120°方位檢定

將標準載荷單元旋轉120°，采用標準載荷單元對質量比較儀施加額定載荷1次，然后重復①②③步驟一遍。

1.4 240°方位檢定

將標準載荷單元旋轉240°，采用標準載荷單元對質量比較儀施加額定載荷1次，然后重復①②③步驟一遍。

2 衡器載荷測量儀標準載荷單元測量結果的不確定度評定

2.1 數學模型

式中：

e——檢定時標準載荷單元示值誤差，kg；m1——A1檢定，專用質量比較儀示值，kg；

y——B檢定，專用質量比較儀示值，kg；m2——A2檢定，專用質量比較儀示值，kg。

2.2 靈敏系數ci

2.3 各輸入量的標準不確定度評定：

以標準載荷單元20t檢定點為例進行不確定度評定。

2.4 輸入量y的標準不確定度u（y）的評定

2.4.1 測量重復性引入的不確定度分量u1（y）

采用A類方法進行評定。重復性條件下，在0°方位上進行3次連續測量，得到測量列：20000.0kg，20000.2kg，20000.1kg。采用極差法，計算實驗標準偏差：

實際測量中使用單次測量結果，因此：

2.4.2 標準載荷單元示值復現性引入的不確定度分量u2（y）

在0°、120°、240°方位上進行3次連續測量，得到測量列：20000.0kg，20000.1kg，19999.8kg。采用極差法，計算實驗室標準偏差：

實際測量中使用單次測量結果，因此：

2.4.3 標準載荷單元示值分辨力引入的不確定度分量u3（y）

標準載荷單元示值分辨力引起的不確定度u3（y）采用B類方法進行評定，以均勻分布來估計這個分量。標準載荷單元示值顯示在質量比較儀上，分辨力為0.1kg，則：

2.4.4 質量比較儀不確定度引入的不確定度分量u4（y）

質量比較儀相對擴展不確定度不大于0.0037%，包含因子k=2，因此：

2.4.5 輸出溫度影響引入的不確定度分量u5（y）

檢定過程室溫變化對測量結果產生影響采用B類方法進行評定，其影響不大于±0.005%/10K，20 t檢定點影響不大于±0.10kg/10K，根據檢定時對室溫的要求，溫差不超過1℃/h，以均勻分布來估計這個分量：

2.4.6 零點恢復引入的不確定度分量u6（y）

采用B類方法進行評定。在0°方位每個測量序列開始之前和完成之后記錄零點輸出值，并計算回零差，每次回零均為0.0kg，以均勻分布來估計這個分量：

2.4.7 輸入量y引入的標準不確定度u（y）

2.5 輸入量 m1、m2的標準不確定度u（m1）、u（m2）的評定

其不確定度主要來源于標準砝碼的擴展不確定度引起的不確定度分量u1（m1），還來源于標準砝碼質量的不穩定性引入的不確定度分量u2（m1）。

（1）標準砝碼引入的不確定度分量u1（m1）（忽略空氣浮力帶來的不確定度分量）：根據規程，F2等級標準砝碼20t的擴展不確定度不大于0.107kg，包含因子k=2；

（2）標準砝碼質量的不穩定性引入的不確定度分量u2（m1）：根據規程規定，砝碼相鄰兩個周期檢定結果之差不得超過該砝碼最大允許誤差的三分之一，以均勻分布來估計這個分量。F2等級標準砝碼20t的最大允許誤差絕對值為0.32kg，

（3）質量比較儀分辨力引入的不確定度分量u3（m1）：質量比較儀分辨力引起的不確定度u3（m1）采用B類方法進行評定，以均勻分布來估計這個分量。

質量比較儀分辨力為0.1kg，則：

（4）標準砝碼引入的不確定度u(m1)：

由于采用ABA的方式對被檢標準載荷單元與標準砝碼進行直接比較所以：

3 合成標準不確定度

3.1 不確定度分量匯總表

表1 不確定度分量表Fig.1 The table of combined uncertainty

3.2 合成標準不確定度的計算

輸入量彼此獨立不相關，合成標準不確定度按下式得到：

4 擴展不確定度

取包含因子k=2，則標準載荷單元示值誤差測量結果的擴展不確定度為：0.88kg或表示為Urel=0.005%。標準載荷單元在20t測量點，其測量結果的擴展不確定度為0.005%，它是由合成標準不確定度uc=0.0023%和包含因子k=2之乘積得到。

5 結論

本文介紹一種采用標準砝碼和質量比較儀對衡器載荷測量儀標準載荷單元標準力值進行檢定的方法及其不確定度評定方法。通過對衡器載荷測量儀標準載荷單元進行檢定實現量值溯源，保證了衡器載荷測量儀標準載荷單元的準確可靠，為衡器載荷測量儀應用于檢定電子汽車衡提供了技術保障，為電子汽車衡應用于貿易結算保駕護航。