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在生產(chǎn)過程中, 由于工業(yè)測量過程的需要, 為保證稱量過程的準(zhǔn)確性, 常常要求我們對稱重過程加以控制, 如減小稱量誤差, 建立期間核查程序等, 通常用戶會對衡器供應(yīng)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, 確立一種期間核查方案, 來實現(xiàn)測量過程的技術(shù)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(jìn)行論述。

1 概述

1.1 測量依據(jù):JJG 539-1997《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程。

1.2 環(huán)境條件:常溫。

1.3 測量標(biāo)準(zhǔn):M1等級砝碼。

1.4 被測對象:電子臺秤:檢定分度值e:50g;實際分度值d:20g;最大秤量:150 kg;最大允許誤差: (1~25) kg:±25g, (25~100) kg:±50g, (100~150) kg:±75g。

1.5 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(biāo)準(zhǔn)砝碼標(biāo)稱值之差, 即為被校電子臺秤示值誤差。

2 數(shù)學(xué)模型與靈敏系數(shù)

2.1 數(shù)學(xué)模型

E=P-m

式中:E———被校電子臺秤示值與M1等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼的組合標(biāo)稱質(zhì)量值的差值;

P———被校電子臺秤示值;

m———M1等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼的組合標(biāo)稱質(zhì)量。

2.2 靈敏系數(shù)

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u (P)

輸入量P的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u (P) 的來源主要有:

(1) 測量重復(fù)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) 。

3.1.1 電子臺秤的測量重復(fù)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(fù)性條件下, 對該秤1kg, 25kg, 75kg, 100kg, 150kg測量點分別進(jìn)行10次測量, 求該秤以上測量電的實驗標(biāo)準(zhǔn)差s:

實驗室多次測量證明, 通常 姨遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于示值分辨力引入的不確定度u (P2) 。u (P1) 忽略不計。

3.1.2 被測電子臺秤示值分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)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 , 則

3.1.3 測量偏載誤差引入的不確定度分量u (P3) , 在用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行偏載測量時, 其偏載誤差一般不會超過偏載測試對應(yīng)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(jié)果的影響不超過其對應(yīng)值的最大允許誤差的1/4, 服從正態(tài)分布, 包含因子k=3, 則

3.1.4 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(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量m將存在一定的夾角, 所以測量過程中應(yīng)使臺秤承重面處于水平狀態(tài), 估計其水平誤差不會超過0.5°, 屬均勻分布, 包含因子為 , 故

其中, cos0.5°=0.99996

3.1.6 由于u (P2) 、u (P3) 、u (P4) 彼此獨(dú)立, 互不相關(guān), 因此

3.2 輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u (m)

輸入量m的標(biāo)準(zhǔn)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 , 則不確定度為

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

5 擴(kuò)展不確定度的評定

當(dāng)k取2時, 該電子臺秤擴(kuò)展不確定度如下:則U=kuc (E)

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(dāng)d=e=50g時, 其不確定結(jié)果如下:

很明顯不確定度有很大改變, 尤其秤量范圍在25kg以下時, 其不確定度已經(jīng)大于其秤量范圍的最大允許誤差±0.5e (±25g) 。

如果使e=d=20g是否可行呢, 在實際工作中我們發(fā)現(xiàn)如果檢定分度值e過小, 那么電子臺秤在檢定周期內(nèi)就會出現(xiàn)大量不合格現(xiàn)象, 其型式很難獲得批準(zhǔn), 所以市場上出現(xiàn)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(zhǔn)確度, 但可以大大降低其不確定度, 通過此功能不僅可以提高我們?nèi)粘y量的精度, 也使我們有了一種期間核查的方法來保證校準(zhǔn)周期內(nèi)稱量過程的準(zhǔn)確性。

為此, 我們可以準(zhǔn)備一個25kg左右的性質(zhì)穩(wěn)定的物體, 在送檢回來后進(jìn)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(fù)上述稱量, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)其值發(fā)生變化時, 增加或減少20g, 我們就應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(jìn)行核查, 可以保證全量程的測量準(zhǔn)確度, 且25kg的核查標(biāo)準(zhǔn)較易獲得, 容易實現(xiàn), 而不必再準(zhǔn)備100kg以上的核查替代物。