對(duì)砝碼檢定數(shù)據(jù)控制的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法

陸進(jìn)宇 卜曉雪 何開(kāi)宇 王朝陽(yáng)/河南省計(jì)量科學(xué)研究

0 引言

砝碼作為質(zhì)量量值傳遞的實(shí)物載體，在各個(gè)領(lǐng)域具有非常重要的作用，并且凡用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)的砝碼均實(shí)行強(qiáng)制檢定，所以砝碼的檢定工作就愈加重要。砝碼折算質(zhì)量修正值（以下簡(jiǎn)稱修正值）的數(shù)據(jù)控制體現(xiàn)在一定恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下原始數(shù)據(jù)的獲得、數(shù)據(jù)處理的過(guò)程、結(jié)果的合理判定和檢定證書(shū)的出具。

不同準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼的檢定工作平時(shí)由人工來(lái)完成，每套砝碼的檢定都要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是對(duì)于高等級(jí)的砝碼，如E2等級(jí)砝碼，其檢定過(guò)程對(duì)各方面要求比較苛刻[1]。在檢定E2等級(jí)砝碼修正值時(shí)，通常采用2次ABBA測(cè)量循環(huán)（A是E1等級(jí)砝碼，B是E2等級(jí)砝碼），檢定過(guò)程必須有兩名以上檢定員檢定。兩名檢定員的檢定結(jié)果之差不得超過(guò)E2等級(jí)最大允許誤差的四分之一，否則需要復(fù)檢。對(duì)一套 1 mg～ 200 g 23個(gè) E2等級(jí)砝碼而言，從配套衡量設(shè)備上讀取穩(wěn)定數(shù)據(jù)、主標(biāo)準(zhǔn)器E1等級(jí)砝碼修正值填寫(xiě)、兩名檢定員的原始數(shù)據(jù)計(jì)算、結(jié)果確認(rèn)及檢定證書(shū)結(jié)果頁(yè)砝碼修正值的輸入等，需要近300個(gè)數(shù)據(jù)才能生成一份E2等級(jí)砝碼檢定證書(shū)。因此，實(shí)現(xiàn)砝碼檢定數(shù)據(jù)控制的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法是很重要的。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法可以有效避免數(shù)據(jù)錄入和計(jì)算處理造成的人為誤差，提高檢定的準(zhǔn)確度，縮短檢定時(shí)間，并且可以將砝碼的信息進(jìn)行系統(tǒng)化、規(guī)范化的管理，方便檢定人員對(duì)砝碼信息的查詢和管理。

砝碼檢定過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理應(yīng)執(zhí)行砝碼檢定規(guī)程要求[1]，且符合數(shù)據(jù)修約規(guī)則[2]。針對(duì)不同準(zhǔn)確度等級(jí)砝碼檢定的特點(diǎn)，通過(guò)分析砝碼檢定數(shù)據(jù)控制的各種影響因素，形成了一套砝碼檢定數(shù)據(jù)控制的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。

E2等級(jí)砝碼檢定采用數(shù)字式衡量?jī)x器，其實(shí)際分度值分別是0.001 mg（量傳E2等級(jí)砝碼范圍2～200 g）和 0.000 1 mg（量傳 E2等級(jí)砝碼范圍 1 mg～1 g）。E2等級(jí)砝碼檢定前必須要清潔，首先用麂皮擦拭砝碼表面，除去砝碼表面的灰塵或細(xì)絨線，然后借助輔助設(shè)備用無(wú)水乙醇或蒸餾水清洗。

1 砝碼檢定數(shù)據(jù)控制因素

1.1 數(shù)據(jù)位數(shù)輸入的控制

砝碼電子原始記錄模板是在Excel基礎(chǔ)上建立的，但Excel數(shù)字輸入時(shí)末位0是不顯示的，而砝碼檢定過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)末位0的情況，且計(jì)量學(xué)中數(shù)字后面的0屬于有效數(shù)字。圖1是一個(gè)50 mg E2等級(jí)砝碼檢定原始數(shù)據(jù)在Excel中的輸入情況。正常情況下，在Excel表格中輸入0.000 0和0.008 0，會(huì)自動(dòng)顯示0和0.008，檢定該砝碼所用衡量?jī)x器的實(shí)際分度值是0.000 1 mg，需要四位小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，因此需要改進(jìn)。利用Excel設(shè)置單元格格式的“數(shù)值”，并選擇小數(shù)位數(shù)“4”確定該數(shù)字小數(shù)位數(shù)。同樣，把測(cè)量范圍1 mg～1 g的 示值一列設(shè)置成四位小數(shù)，測(cè)量范圍2～200 g的 示值一列設(shè)置成三位小數(shù)。這樣，就不會(huì)出現(xiàn)數(shù)字末位有0與實(shí)際輸入不符的情況。

圖1 50 mg E2等級(jí)砝碼檢定時(shí)出現(xiàn)末位有0的情況截圖

1.2 兩次測(cè)量循環(huán)的檢定結(jié)果比較

采用ABBA測(cè)試循環(huán)，被檢砝碼與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼比較進(jìn)行后續(xù)檢定，被檢砝碼折算質(zhì)量值計(jì)算公式為

式中：mct——被檢砝碼折算質(zhì)量值；

mcr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼折算質(zhì)量值；

Δmc——被檢砝碼與標(biāo)準(zhǔn)砝碼之間的折算質(zhì)量差值；

ΔI——天平的示值差；

ΔIt1、ΔIt2——被檢砝碼在衡量?jī)x器上的兩次讀數(shù)；

ΔIr1、ΔIr2——標(biāo)準(zhǔn)砝碼在衡量?jī)x器上的兩次讀數(shù)

對(duì)于采用數(shù)字式衡量?jī)x器檢定E2等級(jí)砝碼，則

由于

結(jié)合式（1）（3）和（4），被檢砝碼修正值計(jì)算公式為

式中：mcc——砝碼折算質(zhì)量修正值；

mc——砝碼折算質(zhì)量值；

m0——被檢砝碼標(biāo)稱值；

mcct——被檢砝碼修正值；

mccr——標(biāo)準(zhǔn)砝碼修正值

從式（2）可以看出，ΔI值只有兩種情況：1）被檢砝碼ΔIt1與ΔIt2之和減去標(biāo)準(zhǔn)砝碼ΔIr1與ΔIr2之和是偶數(shù)，則結(jié)果值余數(shù)為0；2）被檢砝碼ΔIt1與ΔIt2之和減去標(biāo)準(zhǔn)砝碼ΔIr1與ΔIr2之和是奇數(shù)，則結(jié)果值余數(shù)為5。因此，為了避免余數(shù)是5，除數(shù)末位數(shù)字是偶數(shù)時(shí)直接進(jìn)位的情況，作為計(jì)算過(guò)程的數(shù)據(jù)，兩名檢定員的檢定結(jié)果可以不進(jìn)行修約，按實(shí)際計(jì)算值來(lái)記錄，小數(shù)點(diǎn)位數(shù)多設(shè)置一位，如圖1中的結(jié)果值0.009 65 mg，小數(shù)位數(shù)設(shè)置為五位。

另外，從式（5）可以得出，被檢砝碼修正值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼修正值有關(guān)。被檢砝碼修正值由上級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)給定，表1是經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定的E1等級(jí)砝碼修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)。結(jié)合ΔI值及避免連續(xù)修約現(xiàn)象出現(xiàn)，設(shè)置兩名檢定員，約定檢定結(jié)果小數(shù)點(diǎn)位數(shù)。具體是：100～200 g修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)為四位，1 mg～5 g修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)為五位。圖 2 是檢定 200 g 和 200 mg E2等級(jí)砝碼修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)設(shè)置。如果兩人檢定結(jié)果小數(shù)點(diǎn)位數(shù)和衡量?jī)x器實(shí)際分度值一致，那么會(huì)出現(xiàn)四舍五入的情況，當(dāng)分度值位數(shù)上出現(xiàn)偶數(shù)時(shí)結(jié)果顯示有誤，奇數(shù)時(shí)符合。比如，-0.068 5顯示為-0.069,不符合修約規(guī)則；0.017 35顯示為0.017 4，符合修約規(guī)則。因此，在砝碼檢定過(guò)程中，兩名檢定員檢定結(jié)果小數(shù)點(diǎn)位數(shù)多設(shè)一位。

表1 E1等級(jí)砝碼修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)

圖2 200 g和200 mg E2等級(jí)砝碼的檢定結(jié)果位數(shù)設(shè)置截圖

1.3 復(fù)檢的預(yù)警判斷

砝碼原始記錄在數(shù)據(jù)錄入過(guò)程中應(yīng)有修正值自動(dòng)有效性檢驗(yàn)預(yù)警判斷。當(dāng)兩名檢定員結(jié)果值之差超過(guò)E2等級(jí)最大允許誤差的四分之一時(shí)，應(yīng)實(shí)時(shí)給出“重檢”預(yù)警提示信息。預(yù)警信息、判斷信息用判斷語(yǔ)句if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)：IF(ABS(兩名檢定員結(jié)果值之差)≤最大允差絕對(duì)值/4，“合格”“重檢”)。因此，在整個(gè)砝碼檢定過(guò)程中，當(dāng)兩名檢定員輸入數(shù)據(jù)得到的結(jié)果不符合砝碼規(guī)程要求時(shí)就出現(xiàn)預(yù)警信息，可及時(shí)進(jìn)行復(fù)檢處理，避免該砝碼被流轉(zhuǎn)出實(shí)驗(yàn)室甚至被用戶取走后才發(fā)現(xiàn)該砝碼需要復(fù)檢的一系列問(wèn)題。

1.4 修正值的數(shù)值修約

砝碼檢定過(guò)程修正值的數(shù)值修約遵循修約間隔10-n（n為正整數(shù)）。砝碼修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)可以和相應(yīng)等級(jí)砝碼的最大允許誤差位數(shù)相同。根據(jù)表2中砝碼規(guī)程給定的E2等級(jí)砝碼最大允許誤差的絕對(duì)值的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，200 g保留一位小數(shù)，1～100 g保留兩位小數(shù)，1～500 mg保留三位小數(shù)，且最后一位是估計(jì)值。E2等級(jí)砝碼在我國(guó)省級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)作為主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行量值傳遞F1等級(jí)及以下等級(jí)砝碼，工作量是非常大的，因此E2等級(jí)砝碼修正值的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。表2中 F1等級(jí)砝碼200 g、1～20 g、1～10 mg修正值位數(shù)和E2等級(jí)砝碼是一致的。綜合考慮E2等級(jí)砝碼檢定時(shí)所用衡量?jī)x器分辨力、E2等級(jí)砝碼最大允差及作為主標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行F1等級(jí)砝碼量值傳遞等各種因素，確定E2等級(jí)砝碼修正值小數(shù)點(diǎn)位數(shù)：50～200 g保留兩位小數(shù)，1 mg～20 g保留三位。

表2 1 mg～200 g E2等級(jí)砝碼最大允許誤差的絕對(duì)值

每個(gè)標(biāo)稱值砝碼的數(shù)據(jù)輸入及計(jì)算結(jié)果的格式都做了一定規(guī)范設(shè)置，最后需要砝碼修正值的結(jié)果位數(shù)進(jìn)行確定。E2等級(jí)砝碼修正值小數(shù)位數(shù)的確定可以用以下兩種方法：

1）結(jié)合求余數(shù)函數(shù)MOD和取整函數(shù)INT實(shí)現(xiàn)修正值的修約問(wèn)題。保留兩位小數(shù)函數(shù)為：IF(MOD(INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×1000)，5)=0,IF(MOD(INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×100)，2)=0,INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×100)/100，ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值，2))，ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值，2))；

保留三位小數(shù)函數(shù)為：IF(MOD(INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×10000)，5)=0,IF(MOD(INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×1000),2)=0,INT(兩名檢定員結(jié)果平均值×1000)/1000,ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值,3)),ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值,3))。

2）由于Excel自帶ROUND函數(shù)不能滿足修約要求，所以采用自編函數(shù)公式[3]滿足數(shù)據(jù)處理的實(shí)際要求。其公式分別為IF(MOD(兩名檢定員結(jié)果平均×100,1)=0.5,EVEN(TRUNC(兩名檢定員結(jié)果平均值×100,0))/100,ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值,2))和IF(MOD(兩名檢定員結(jié)果平均值×1000,1)=0.5,EVEN(TRUNC(兩名檢定員結(jié)果平均值×1000,0))/1000,ROUND(兩名檢定員結(jié)果平均值,3))。

1.5 修正值正負(fù)號(hào)設(shè)定

砝碼檢定證書(shū)代表該計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力和水平，因此砝碼證書(shū)及原始記錄要保持清晰化、一致化和規(guī)范化，砝碼修正值及其最大允許誤差有正負(fù)號(hào)就是需要注意的事項(xiàng)。數(shù)據(jù)帶正負(fù)號(hào)是防止紙質(zhì)原始記錄中無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)被修改為正數(shù)或負(fù)數(shù)，負(fù)數(shù)被篡改成正數(shù)。為了保留這種記錄方式，原始記錄修正值及自動(dòng)生成證書(shū)的結(jié)果也保留正負(fù)號(hào)，利用Excel數(shù)字自定義類型設(shè)置“+0.000;-0.000;0.000”實(shí)現(xiàn)保留三位小數(shù)帶正負(fù)號(hào)的檢定結(jié)果，同樣，可以設(shè)置其他帶符號(hào)的任意小數(shù)位數(shù)。圖3是自動(dòng)生成的編號(hào)為1331E2等級(jí)砝碼的檢定證書(shū)。

圖3 編號(hào)1331 E2等級(jí)砝碼檢定證書(shū)截圖

2 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)已建立某一等級(jí)砝碼組標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，量值傳遞砝碼等級(jí)和范圍是規(guī)定的，所用主標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備是明確的，砝碼原始記錄從配套設(shè)備讀取數(shù)據(jù)和中間計(jì)算過(guò)程獲得數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)位數(shù)是一定的，砝碼修正值的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)是確定的，因此，結(jié)合Excel軟件及相關(guān)輔助函數(shù)，通過(guò)設(shè)置一系列砝碼計(jì)算函數(shù)和數(shù)據(jù)設(shè)置，自動(dòng)生成砝碼檢定證書(shū)，形成一種規(guī)范化格式的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)砝碼檢定的數(shù)據(jù)控制方法。該方法對(duì)原始數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)運(yùn)算及修正值的有效性可提供在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警判斷，能夠及時(shí)掌握砝碼數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)人為因素所造成的誤差。