電子秤量值比對結果及分析

楊文海 魏峻/上海市寶山區計量質量檢測所

0 引言

電子秤是衡器的一種，是利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測定物體質量的計量器具。現代電子秤是采用傳感器技術、電子技術和計算機技術一體化的電子稱量裝置，實現了“快速、準確、連續、自動”的稱量要求，同時有效地消除了人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業生產過程控制的應用要求。電子秤被廣泛應用于商業貿易活動及工業生產領域，依據《中華人民共和國計量法》，電子秤被列入強制檢定的工作計量器具目錄。為了解上海法定計量檢定機構的電子秤檢定工作的技術現狀及考核檢定人員的技術能力，確保檢定數據的準確可靠，提高檢定人員的技術水平，上海市質量技術監督局布置了上海市范圍內法定計量技術機構電子秤量值比對任務。

1 技術背景

1.1 比對依據

1）JJG 539-2016《數字指示秤檢定規程》

2）JJF 1117-2010《計量比對計量技術規范》

3）GB/T 15483-1999《利用實驗室間比對的能力驗證》

4）JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

1.2 比對組織實施

上海市寶山區計量質量檢測所為本次比對的主導實驗室。主要負責比對技術方案的制定，組織比對的具體實施，確定比對時間表，解決比對中各種技術問題，匯總并分析比對結果，起草比對總結報告。參加比對的實驗室為上海市9家區縣法定計量檢定機構。參比實驗室對應的序號分別為：1、2、3、4、5、6、7、8、9。

按照比對實施細則的要求，本次比對采用移動地點比對方式，以花瓣式路線（圖1）進行樣品的傳遞。參比實驗室每三個為一組，共分三組。首先由主導實驗室將傳遞標準在本實驗室標準裝置上進行檢定，得到檢定數據后，進行第一組參比實驗室間傳遞標準的傳遞。第一組內3家參比實驗室檢定完成后，傳遞標準返回主導實驗室，由主導實驗室再次檢定并確認樣品狀態后進行第二組參比實驗室間傳遞標準的傳遞。第二組內3家參比實驗室檢定完成后，傳遞標準返回主導實驗室，由主導實驗室檢定并確認樣品狀態后進行第三組參比實驗室間傳遞標準的傳遞。第三組內3家參比實驗室檢定完成后，傳遞標準返回主導實驗室，由主導實驗室檢定并確認樣品最終狀態。

圖1 花瓣式路線進行樣品的傳遞

1.3 傳遞標準及穩定性

傳遞標準由主導實驗室提供。本次比對使用的傳遞標準為上海市寶山區計量質量檢測所提供的上海寺岡電子有限公司生產的電子秤一臺，其型號：DS-782 型，最大秤量：15 kg，最小秤量：100 g，檢定分度值：5 g，準確度等級：級，器號：15500806。另選取一臺上海天合電子有限公司生產的同規格的電子秤（器號：50210160）作為備用傳遞標準。

主導實驗室選擇兩臺電子計價秤進行穩定性試驗，連續 2 個月每周在 7 500 g、15 000 g 點進行一組10次的重復測量，取其算術平均值作為該組的測量結果。

比對開始前傳遞標準的穩定性數據見表1。

表1 電子計價秤穩定性數據

在連續 2 個月每周在 7 500 g、15 000 g 點進行的穩定性試驗中，相應稱量點處測量結果最大值與最小值之差均不大于相應載荷點最大允許誤差的三分之一，即1.7 g和2.5 g。這說明傳遞標準和備用傳遞標準的穩定性均滿足比對要求。

比對開始之后，在每3家參比單位測量前后，均由主導實驗室對傳遞標準進行穩定性的監控測量，以確保整個比對期間傳遞標準的穩定、可靠。比對期間傳遞標準的穩定性數據見表2。

表2數據表明，傳遞前后傳遞標準在7 500 g、15 000 g兩個稱量點的重復測得值之差不大于該載荷點最大允許誤差的三分之一，這說明傳遞標準在比對期間的穩定性滿足要求。

表2 比對期間傳遞標準的穩定性數據

1.4 比對方案

根據檢定規程中相關檢定項目的要求，本次比對主要考核比對原始記錄填寫規范性及檢定證書格式規范性，電子秤7.5 kg稱量點及15 kg稱量點示值誤差及不確定度評定。

2 不確定度評定方法和要求

2.1 不確定度評定方法

不確定度評定的術語和方法應依據國家計量技術規范JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》進行。測量不確定度評定報告必須包含對選定受檢點（7 500 g、15 000 g）測得值的測量不確定度評定和分析過程。

2.2 不確定度評定報告的要求

不確定度報告至少要包含以下內容：

1）概述；

2）測量模型；

ΔE=P-m

式中：ΔE——被檢電子計價秤示值誤差；

P——電子計價秤示值；

m—— 標準砝碼質量值

3）各分量的標準不確定度的評定及計算過程；

可供參考的不確定度分量有以下幾個方面：

① 被檢電子秤測量重復性

② 被檢電子秤偏載誤差

③ 示值隨電源電壓變化

④ 標準砝碼的不確定度

⑤ 分辨力

重復性和分辨力的影響，取其較大的部分

4）合成標準不確定度的評定；

5）擴展不確定度的評定；

6）測量不確定度的報告與表示（取k=2）。

3 參考值的確定及比對數據處理

3.1 傳遞標準的參考值及其擴展不確定度

按此次比對方案的要求，本次比對采用上海市計量測試技術研究院F1等級標準砝碼傳遞的量值作為參考值。參考值的測量不確定度由上海市計量測試技術研究院提供，詳見表3：

表3 由上海市計量測試技術研究院采用F1等級標準砝碼傳遞的量值數據

3.2 比對數據處理方法

3.2.1 比對結果的處理——En值判定法

本次比對結果采用En值進行評價，En值計算公式為：

按以下準則評價實驗室結果：|En|≤1，比對結果為滿意，|En| ＞ 1比對結果為不滿意。

3.3 各參比實驗室的比對數據匯總

各參比實驗室上報的比對結果及其擴展不確定度（k= 2）的匯總見表4。表4中帶下劃線的是參比單位首次遞交的比對結果，不帶下劃線的數據是最終比對結果。

各參比實驗室的En值以最終上報的比對結果進行計算，詳見表5，表5中帶下劃線的是參比單位首次遞交的比對結果，不帶下劃線的數據是最終比對結果。

由表5可見，參加比對的9個實驗室的|En|值均小于1，比對結果滿意。

表4 各實驗室的測量結果及其不確定度

表5 按本次比對要求計算所得En值

4 比對結果分析

主導實驗室對參比實驗室上交比對結果報告進行匯總、整理，并編制本次比對總結報告。針對比對過程中反映出的共性問題提出幾點建議，以利提高實驗室校準數據的可靠性及實驗室的測量能力。

4.1 比對結果材料的遞交

本次比對中，各參比實驗室均根據比對方案與細則的規定，將比對結果提交給主導實驗室。主導實驗室后期整理過程中發現，1號、3號參比實驗室提交的測量結果的末位與測量不確定度的末位不一致，4號、5號參比實驗室提交的測量結果沒有采用檢定的化整前的修正示值，而是提交了測量重復性的平均值作為測量結果進行了提交，經過溝通，兩家參比實驗室對測量結果重新進行了提交。

4.2 檢定結果

按照本次比對方案要求，本次比對中電子秤檢定為后續檢定，在稱量測試中除皮稱量測試可以不做，其他稱量測試要按照檢定規程要求進行測試。原始記錄的表述中，各個參比實驗室的重復性誤差應寫為≤ 5.0 g 和≤ 7.5 g，不是 5.0 g、7.5 g 和 ±5.0 g、±7.5 g。5號參比實驗室沒有按規程要求進行500e（2 500 g）拐點稱量點進行測試。7號參比實驗室原始記錄中準確度等級表述有誤，無橢圓。1號、2號和6號參比實驗室原始記錄中沒有表述是隨后檢定還是首次檢定。

4.3 測量不確定度的評定

測量不確定度評定中,參比實驗室都存在一些問題。具體如下：

1）測量不確定度來源主要是數字指示秤測量重復性、分辨力、四角偏載誤差以及示值隨電源電壓變化等。9家參比實驗室中，有4家實驗室在確定不確定度來源時未考慮數字指示秤分辨力引入的不確定度。

數字指示秤分辨力引起的不確定度分項評定:電子秤最小顯示分辨力為5 g，半寬為2.5 g，服從均勻分布，包含因子k=

數字指示秤測量重復性、分辨力引入的不確定度分量是由同一種效應導致的，所以這兩者之間取數值大的，而不應同時作為分量引入。個別實驗室因為只考慮了測量重復性引入的不確定度分量，未考慮分辨力引入的不確定度分量，所以最后評定的不確定度偏小。

2）數字指示秤偏載誤差引起的標準不確定度計算偏差較大，各實驗室對于這一不確定度的分析方法各異，結果不同。

多家參比實驗室的評定方法為：

數字指示秤進行偏載試驗時，用最大稱量1/3的砝碼，放置在1/4秤臺面積中，最大值與最小值之差一般不會超出 5 g，半寬a=2.5 g，而測量時放置砝碼的位置較為注意，偏載量遠比做偏載試驗時少，假設其誤差為偏載試驗時的1/3，并服從均勻分布，包含因子k=可得：

這個評定方法中，電子秤偏載誤差是帶正負號的，因此半寬是5 g，而非2.5 g。另外，偏載的位置在規程中是相對固定的，因而位置的差異導致誤差縮至1/3不合理。建議各個參比單位取實際測量過程中偏載誤差的最大值和最小值作為變化區間，以其半寬按均勻分布考慮比較合適。

3）標準砝碼m的標準不確定度評定中，各參比實驗室都是取允差表規定的最大允許誤差絕對值的得到。

查表得到7.5 kg砝碼，允差±0.375 g，其標準不確定度

查表得到15 kg砝碼，允差±0.75 g，其標準不確定度

按照砝碼規程的要求，標準砝碼質量的標準不確定度u(m)的評定，是由檢定證書中擴展不確定度U和覆蓋因子k（通常k= 2）的商，并結合標準砝碼質量的不穩定性引起的不確定度uinst(m)得到：

其中U為允差的，

這樣得出：

7.5 kg 稱量點，U=0.125 g，

15 kg 稱量點，U=0.25 g，

4.4 測量結果表述的規范性

在最終結果的報告中，表述應規范，測量結果的末位與測量不確定度的末位應對齊。1號、3號參比實驗室遞交的比對報告中實驗室測量結果與不確定度末位沒有對齊。

5 結語

綜上所述，本次電子秤量值比對反映出上海法定計量檢定機構電子秤量值傳遞的總體狀況是良好的，計量標準裝置能夠符合要求，計量檢定人員對技術規范的理解較為準確，測量操作程序和數據處理正確，不確定度評定基本合理，滿足上海市電子秤量值傳遞的要求。