昆山市拓恒機電有限公司
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1 引言
生產過程中, 由于工業測量過程的需要, 常常要求我們對稱重過程加以控制, 如減小稱量誤差, 為保證稱量過程的準確性, 通常用戶會對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、實際分度值對電子臺秤的不確定度影響, 來實現測量過程的技術要求。下面以150kg電子臺秤為例就電子秤的不確定度評定過程進行探討。
2 概述
2.1 測量依據:JJG 539-1997《數字指示秤》檢定規程。
2.2 環境條件:常溫。
2.3 測量標準:M1等級砝碼。
2.4 被測對象:電子臺秤:檢定分度值e:50g;實際分度值d:20g;最大稱量:150kg;最大允許誤差: (1~25) kg±25g (25~100) kg±50g, (100~150) kg;±75g。
2.5 測量過程:采用砝碼直接加載、卸載的方式, 分段測量電子臺秤示值與標準砝碼標稱值之差, 即為被校電子臺秤示值誤差。
3 數學模型與靈敏系數
3.1 數學模型
式中:E———被校電子臺秤示值與M1等級標準砝碼的組合標稱質量值的差值;
P———被校電子臺秤示值;
m———M1等級標準砝碼的組合標稱質量。
3.2 靈敏系數
4 標準不確定度評定
4.1 輸入量P的標準不確定度u (P)
輸入量P的標準不確定度u (P) 的來源主要有:
(1) 測量重復性引入的不確定度分量u (P1) ;
(2) 電子臺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) 電子臺秤承重面不水平引入的不確定度分量u (P4) 。
4.1.1電子臺秤的測量重復性引入的不確定度分量u (P1) , 采用A類評定方法評定。在測量電子臺秤時, 在重復性條件下, 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準差s:
4.1.2被測電子臺秤示值分辨力引入的標準不確定度分量u (P2) , 被測電子臺秤實際分度值為d=20g, 故半寬為d/2, 屬均勻分布, 取包含因子
4.1.3測量偏載誤差引入的不確定度分量u (P3) , 在用標準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, 
如表1所示。
表1 下載原表
4.1.4電子臺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與標準砝碼質量m將存在一定的夾角, 所以測量過程中應使臺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, 包含因子為
如表2所示。
表2 下載原表
其中, cos0.5°=0.99996。
4.1.5由于u (P2) 、u (P3) 、u (P4) 彼此獨立, 互不相關, 因此, 
如表3所示。
表3 下載原表
4.2 輸入量m的標準不確定度u (m)
輸入量m的標準不確定度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
表4 下載原表
5 合成標準不確定度的計算
如表5所示。
表5 下載原表
6 擴展不確定度的評定
當k取2時, 該電子臺秤擴展不確定度如下:的則U=kuc (E) , 如表6所示。
表6 下載原表
由以上評定可以看出, 電子臺秤的實際分度值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, 如表7所示。
很明顯不確定度有很大改變, 尤其在秤量范圍在25kg以下時, 其不確定度已經大于了其秤量范圍的最大允許誤差±0.5e (±25g) 。
表7 下載原表
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, 那么電子臺秤在檢定周期內就會出現大量不合格現象, 其型式很難獲得批準, 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, 并不能提高電子秤的準確度, 但可以大大降低其不確定度, 通過此功能可以提高我們日常測量的精度。
7 小結
為此, 我們可以準備一個25kg左右的性質穩定的物體, 在送檢回來后進行多次稱量, 記錄其示值并計算示值平均值, 每間隔一段時間, 再重復上述稱量, 當發現其值發生變化時, 增加或減少20g, 我們就應再次送檢。這是因為雖然最大允許誤差MPE為±25g, 但d+U=20g+13g=33g, 已大于最大允許誤差, 故應重新溯源, 又因為電子秤的誤差基本為線性的, 150kg秤量點的誤差基本為25kg的三倍左右, 當25kg測量點變化±20g時, 其最大秤量變化約為±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準確度, 且25kg的核查標準較易獲得, 容易實現, 而不必再準備100kg以上的核查替代物。
