衡器載荷測量儀標(biāo)準(zhǔn)載荷單元測量結(jié)果不確定度評定

蔡開城，郭貴勇

（福建省計量科學(xué)研究院，福建 福州 350003）

0 引言

電子汽車衡是企業(yè)、廠礦等用于大宗貨物計量的稱重設(shè)備，廣泛應(yīng)用于貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域。衡器載荷測量儀可依據(jù)據(jù)JJG1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）檢定規(guī)程》對一種檢定最大秤量不小于30t、檢定分度數(shù)不大于3000的中準(zhǔn)確度和普通準(zhǔn)確度電子汽車衡進(jìn)行檢定。衡器載荷測量儀是由標(biāo)準(zhǔn)載荷單元、標(biāo)準(zhǔn)載荷單元組和液壓控制系統(tǒng)構(gòu)成，其測力系統(tǒng)最多由13臺標(biāo)準(zhǔn)載荷單元組成，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)載荷。標(biāo)準(zhǔn)載荷單元力值的準(zhǔn)確度關(guān)系到電子汽車衡量值溯源的準(zhǔn)確性，關(guān)系到貿(mào)易結(jié)算活動的公平和公正，需要對標(biāo)準(zhǔn)載荷單元力值進(jìn)行檢定[2-3]。

1 測量依據(jù)、條件及方法

1.1 測量條件

（1）環(huán)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(huán)境不允許有影響檢定結(jié)果的振源、電磁干擾等現(xiàn)象。

（2）測量標(biāo)準(zhǔn)：①F2等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼：測量范圍200kg-150t，由JJG99-2006《砝碼檢定規(guī)程》給出其質(zhì)量允差為3g-30g，擴(kuò)展不確定度U≤（1-10）g，（k=2）；②質(zhì)量比較儀：測量范圍200kg-150t，分度值0.1kg，相對擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)載荷單元(測量范圍200kg-20t，分度值0.1kg)進(jìn)行試驗(yàn)，以評定其測量不確定度；

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

1.2 0°方位檢定

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

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

（3）重復(fù)②步驟一遍。

（4）重復(fù)①②③步驟一遍。

1.3 120°方位檢定

將標(biāo)準(zhǔn)載荷單元旋轉(zhuǎn)120°，采用標(biāo)準(zhǔn)載荷單元對質(zhì)量比較儀施加額定載荷1次，然后重復(fù)①②③步驟一遍。

1.4 240°方位檢定

將標(biāo)準(zhǔn)載荷單元旋轉(zhuǎn)240°，采用標(biāo)準(zhǔn)載荷單元對質(zhì)量比較儀施加額定載荷1次，然后重復(fù)①②③步驟一遍。

2 衡器載荷測量儀標(biāo)準(zhǔn)載荷單元測量結(jié)果的不確定度評定

2.1 數(shù)學(xué)模型

式中：

e——檢定時標(biāo)準(zhǔn)載荷單元示值誤差，kg；m1——A1檢定，專用質(zhì)量比較儀示值，kg；

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

2.2 靈敏系數(shù)ci

2.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定：

以標(biāo)準(zhǔn)載荷單元20t檢定點(diǎn)為例進(jìn)行不確定度評定。

2.4 輸入量y的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（y）的評定

2.4.1 測量重復(fù)性引入的不確定度分量u1（y）

采用A類方法進(jìn)行評定。重復(fù)性條件下，在0°方位上進(jìn)行3次連續(xù)測量，得到測量列：20000.0kg，20000.2kg，20000.1kg。采用極差法，計算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

實(shí)際測量中使用單次測量結(jié)果，因此：

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)載荷單元示值復(fù)現(xiàn)性引入的不確定度分量u2（y）

在0°、120°、240°方位上進(jìn)行3次連續(xù)測量，得到測量列：20000.0kg，20000.1kg，19999.8kg。采用極差法，計算實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)偏差：

實(shí)際測量中使用單次測量結(jié)果，因此：

2.4.3 標(biāo)準(zhǔn)載荷單元示值分辨力引入的不確定度分量u3（y）

標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行評定，以均勻分布來估計這個分量。標(biāo)準(zhǔn)載荷單元示值顯示在質(zhì)量比較儀上，分辨力為0.1kg，則：

2.4.4 質(zhì)量比較儀不確定度引入的不確定度分量u4（y）

質(zhì)量比較儀相對擴(kuò)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(jié)果產(chǎn)生影響采用B類方法進(jìn)行評定，其影響不大于±0.005%/10K，20 t檢定點(diǎn)影響不大于±0.10kg/10K，根據(jù)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(diǎn)恢復(fù)引入的不確定度分量u6（y）

采用B類方法進(jìn)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度u（y）

2.5 輸入量 m1、m2的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（m1）、u（m2）的評定

其不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的擴(kuò)展不確定度引起的不確定度分量u1（m1），還來源于標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的不穩(wěn)定性引入的不確定度分量u2（m1）。

（1）標(biāo)準(zhǔn)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(jù)規(guī)程，F(xiàn)2等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼20t的擴(kuò)展不確定度不大于0.107kg，包含因子k=2；

（2）標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的不穩(wěn)定性引入的不確定度分量u2（m1）：根據(jù)規(guī)程規(guī)定，砝碼相鄰兩個周期檢定結(jié)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(biāo)準(zhǔn)砝碼20t的最大允許誤差絕對值為0.32kg，

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

質(zhì)量比較儀分辨力為0.1kg，則：

（4）標(biāo)準(zhǔn)砝碼引入的不確定度u(m1)：

由于采用ABA的方式對被檢標(biāo)準(zhǔn)載荷單元與標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行直接比較所以：

3 合成標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式得到：

4 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則標(biāo)準(zhǔn)載荷單元示值誤差測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：0.88kg或表示為Urel=0.005%。標(biāo)準(zhǔn)載荷單元在20t測量點(diǎn)，其測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為0.005%，它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc=0.0023%和包含因子k=2之乘積得到。

5 結(jié)論

本文介紹一種采用標(biāo)準(zhǔn)砝碼和質(zhì)量比較儀對衡器載荷測量儀標(biāo)準(zhǔn)載荷單元標(biāo)準(zhǔn)力值進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)載荷單元進(jìn)行檢定實(shí)現(xiàn)量值溯源，保證了衡器載荷測量儀標(biāo)準(zhǔn)載荷單元的準(zhǔn)確可靠，為衡器載荷測量儀應(yīng)用于檢定電子汽車衡提供了技術(shù)保障，為電子汽車衡應(yīng)用于貿(mào)易結(jié)算保駕護(hù)航。