衡器檢定中"標(biāo)準(zhǔn)砝碼替代"的可操作性 在對(duì)衡器行計(jì)量檢測(cè)、量值傳遞時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)砝碼經(jīng)常需要不斷地組合。在實(shí)際工作中，衡器量程從幾十千克到數(shù)十 噸，對(duì)其 行檢測(cè)是相 當(dāng)繁瑣 的。為 了解決這個(gè)問題 ，人們直嘗試?yán)闷渌k法簡化衡器的檢定程序 ，但是受質(zhì)量單位標(biāo)準(zhǔn)定義和誤差理論的限制 ，到 目前為止使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)衡器行檢測(cè)仍是的方法。 JJG 555 —1996 《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》(以下簡稱“JJG 555 —1996 規(guī)程”)給出了“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”方法 ，即：在具備少量標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的前提下 ，利 用恒定物替代 標(biāo) 準(zhǔn) 砝 碼 的 檢 測(cè) 方 法?。JJG 555 —1996 規(guī) 程4．6．2 條款指 出：“當(dāng)被測(cè)試 秤最 秤量 于 1 t 時(shí) ，可使用其他恒定載荷替代標(biāo)準(zhǔn)砝碼”對(duì)衡器行檢定 。 1、問題的提出
規(guī)程并沒有明確指 出實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代”的關(guān)鍵是什么。JJG 555 —1996 規(guī)程 4．6．2 條款指 出“當(dāng)被測(cè)試秤最秤量于 1 t時(shí)，可使用其他恒定載荷替代標(biāo)準(zhǔn)砝碼 ，前提是至少具備 1 t標(biāo)準(zhǔn)砝碼 ，或是最秤量 50％的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，兩者中應(yīng)取其者。在以下條件下 ，標(biāo)準(zhǔn)砝 碼 的數(shù) 量 可 以減少 ，而 不是 最 秤 量 的50％。若重復(fù)性誤差不 于 0．3e，可減少至最秤量的 35％。若重復(fù)性誤差不于 0．2e，可減少至最 秤量 的20％。重 復(fù)性誤 差是將 約為最 秤量 50％ 的砝碼 ，在承載器上施加 3 次來確定的。”但這條款存在著如下幾個(gè)問題 ：①檢測(cè)衡器時(shí) ，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)備量多少更合適? ②重復(fù)性誤差與“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”的關(guān)系是什么? ③能否實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”的關(guān)鍵是什么? 如何看待存在的問題 2．1 標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)備量
實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代”理應(yīng)幅度 的減少標(biāo)準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)備量才更有實(shí)際意義 ，尤其在近百 噸、秤量 的衡器檢定中。假設(shè)檢定現(xiàn)場需要準(zhǔn)備 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼與衡器需要檢定的量程相差不多，再使用“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”去檢定衡器 ，就失去了替代標(biāo)準(zhǔn)砝碼的意義。計(jì) 測(cè) 技 術(shù) 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì) 衡器是種可以長期使用 的計(jì)量儀器 。對(duì)衡器檢定來說 ，檢定 只有次 ，更多 的是 隨后檢定 。檢定使用更多的標(biāo)準(zhǔn)砝碼能更好地對(duì)衡器性能行評(píng)定，但隨后檢定就相對(duì)簡單。JJG 539 —97《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》、JJG 13 —1997《模擬指示秤檢定規(guī)程》、JJG 14 —1997 《非自行指示秤檢定規(guī)程》等三個(gè)子規(guī)程 6．1 條款中“隨后檢定”中，均給出“其中，稱量測(cè)試可根據(jù)實(shí)際使用情況 ，如果不測(cè)試 至最秤量 ，至少測(cè)試至 2／3 最秤量 ”的字樣 J。這也就是說 除檢定外 ，隨后檢 定可 以檢 定到最 滿量程 的 2／3 即可 ，實(shí)際也正如此。 然而 JJG 555 —1996 規(guī)程 4．6．2 條款幾 乎 明確要求 ：50％ (1／2 )秤量 的標(biāo) 準(zhǔn)砝碼是 個(gè)不可 逾越 的下限。[(2／3 ) (1／2) ]秤量 = (1／6 )秤量 = 16．7％秤量。按照此推算恒定物的使用量只有 16．7％秤量余量，這樣實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”實(shí)際意義不。 2．2 重復(fù)性誤差與標(biāo)準(zhǔn)砝碼替代的關(guān) 系
重復(fù)性誤差是評(píng)計(jì)量儀器的個(gè)重要指標(biāo) ，衡器也不例外。臺(tái)衡器的重復(fù)性會(huì)隨著使用條件等變化而變化。JJG 555 —1996 規(guī)程 4．5．1 及 11．4．9 條款“對(duì) 同載荷 ，多次稱量所得結(jié)果之差 ，應(yīng)不于該秤量的最允許誤差的值”也就規(guī)定每次都需要重新行重復(fù)性檢定 ；重復(fù)性定是建立在計(jì)量準(zhǔn)確性之上的，沒有計(jì)量準(zhǔn)確性就無法獲得準(zhǔn)確的重復(fù)性誤差。這意味著現(xiàn)場需要提供 50％的標(biāo)準(zhǔn)砝碼才能行重復(fù)性誤差測(cè)試 ；也意味著實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”時(shí)是無法利用上周期的重復(fù)性結(jié)論的，需要現(xiàn)場重新行重復(fù)性誤差測(cè)試。這種隋況，再談?wù)摌?biāo)準(zhǔn)砝碼“若重復(fù)性誤差不于0．3e，可減少至最秤量的35％；若重復(fù)性誤差不于0．2e，可減少至最秤量的 20％。”就沒有實(shí)際意義了。 JJG 555 —1996 規(guī)程 4．5．1 條款 “重復(fù)性”指 出“對(duì)同載荷 ，多次稱量所得結(jié)果之差 ，應(yīng)不于該秤量的最允 許誤 差 的值 ”；11．4．9 條款 “重復(fù) 性測(cè)試”指出：“行兩組測(cè)試 ，分別在約 ／2 最秤量和接近最稱量。”對(duì)重復(fù)性既提出了要求，也提出了測(cè)試的方法 。這里的重復(fù)性是對(duì)衡 器整體性能行評(píng)定的個(gè)重要指標(biāo) 。這里得 出的重復(fù)性誤差結(jié)論 與“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”里所引用的重復(fù)性要求其實(shí)具有*不同的含義。前者是衡 器檢定 時(shí)對(duì)衡器行評(píng)定 的個(gè)必要技術(shù)指標(biāo) ，是個(gè)概括性 的指標(biāo) ；后者是利用重復(fù)性的優(yōu)劣來確定“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”能否順利行的必要條件。衡器的重復(fù)性好，甚至重復(fù)性誤差為“0”，“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代 ”也不定 可以行。在實(shí)施 “標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”時(shí) ，關(guān)鍵是替代點(diǎn)的重復(fù)l生好壞 ，能否完好復(fù)現(xiàn)被替代的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的作用。由 1I．4．9 條款“重復(fù)l生測(cè)試 ”得 出來 的重復(fù)性數(shù)據(jù)不等于替代點(diǎn)的重復(fù)性狀態(tài)。我們無法重復(fù)性數(shù)據(jù)與衡器的量程具有嚴(yán)格的線性關(guān)系 ，不論衡器的性能如何。替代點(diǎn)的重復(fù)性數(shù)據(jù)是關(guān)乎到“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代 ”能否實(shí)施 的個(gè)重要條件。 2．3 “標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”之關(guān)鍵“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”能否在衡器檢定過程 中得到很好實(shí)施 ，能否真正減 少標(biāo) 準(zhǔn)砝碼準(zhǔn)備量 ，關(guān)鍵 點(diǎn)是要確定 由此過程行 的衡器檢定應(yīng)能與僅使用標(biāo) 準(zhǔn)砝碼的過程效果等 同。 正如本文前面所述 ，人們嘗試替代標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定衡器 的幾種方法不 能實(shí)施 ，關(guān)鍵是這些方法 引入 的誤差 出了衡器檢定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物誤差 的要求。因此 ，嚴(yán)格分析“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代 ”法檢定衡器這過程引入的誤差才是實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代 ”必須行 的工作。誤差理論指出受檢儀器的綜 合誤差來源于標(biāo)準(zhǔn)物的誤差、讀數(shù)誤差 、測(cè)試方法誤差等疊加結(jié)果。在衡器檢定過程中，衡器誤差形成 的來源致有 ： ①由于各種原因在衡器檢定中，會(huì)有讀數(shù)誤差即E諺=0．1e；②標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶來的總誤差。JJG 555 —1996 規(guī)程 4．6 條款要求“檢定秤用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼的誤差 ，應(yīng)不于秤相應(yīng) 秤量最 允許誤差 的／3”。那么標(biāo)準(zhǔn)砝碼的累計(jì)誤差會(huì)是多少?以 3 級(jí)秤 為例 ，其分 度數(shù)基本是 n = 3000 左右。500e 和 2000e 是允差 臺(tái)階轉(zhuǎn)換 點(diǎn) (相對(duì)允差 比較嚴(yán)格 ，檢定 規(guī)程 規(guī) 定 必檢 點(diǎn) ) ，同時(shí) 2／3 最 秤 量 基本 和2000e 重合或小于 2000e(2／3 最秤般不會(huì)再行“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”)，故 500e秤量點(diǎn)至關(guān)重要，我們以此點(diǎn)行誤差分析。目前 M 1，M 12 兩個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼是衡器檢定用的主要標(biāo)準(zhǔn)物。 以常見的 5 t 電子 臺(tái)秤 為 例 ，此 時(shí)： = 5 t，e = 2 kg，n = 2500。秤量 500e = 1 t，為 最 秤量 的20％ ，此時(shí)秤的允許誤差是 ±0．5e = ±1000 g。標(biāo)準(zhǔn)砝碼的總誤差 為 50 g = 0．025e，僅 為允許誤 差 的 1／20 ，遠(yuǎn)優(yōu)于 1／3 允差標(biāo)準(zhǔn) 6 倍 。 另常見 的 10 t 電子 臺(tái)秤為例 ，這時(shí) ：M = 10t，e=5 kg，n = 2000。秤量 500e= 2．5 t ，為最秤量的 25％，此時(shí)秤 的允許誤差是 ±0．5e = ±2500 g。此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的總誤差 為 125 g = 0．025e，僅為允許誤差 的1／20 ，遠(yuǎn)優(yōu)于 1／3 標(biāo)準(zhǔn) 6 倍 。經(jīng)驗(yàn)與體會(huì) 2016 年36 卷2 期如果在這點(diǎn)實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”就應(yīng)考慮此處的重復(fù)性問題?？鄢x數(shù)誤差(0．1e)、標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶來的誤差(O．5e 0．1e 0．025e = 0．375e)，則 留給重復(fù)性誤差 的空間不于 0．375e。這樣才能替代后不偏離標(biāo)準(zhǔn)砝碼的可控范圍。 為了更具廣范意義 ，下面以 100 t 的電子汽車衡為例再行標(biāo) 準(zhǔn)物 的誤 差分析 ，此時(shí) = 100 t，e =5O kg ， = 2000。秤 量 500e = 25 t ，為 最 秤 量 的25％ ，允許誤差是 士0．5e = ±25 kg。此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的總誤差為 2．5 kg = 0．05e，僅為允許誤差的 1／10 ，遠(yuǎn)優(yōu)于 1／3 允差標(biāo)準(zhǔn) 3 倍。同樣需要考慮此處的重復(fù)性問題。扣除讀數(shù)誤差(0．1e) 、標(biāo)準(zhǔn)砝碼帶來 的誤差 (0．5e 0．1e 0．05e =0．35e)，則 留給重復(fù)性誤差的空間不于 0．35e。“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代”能否順利行 ，應(yīng) 以替代后衡器檢定能否滿足誤差理論為標(biāo)準(zhǔn)。JJG 555 —1996規(guī)程 4．6 條款應(yīng)得到滿足 。由于衡器本身復(fù)性指標(biāo)的不確定性，實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”必然要引入方法誤差，替代是方法誤差的 主要來源 ，因此在“替換點(diǎn)”需要行重復(fù)性檢測(cè) ，來決定“標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的替代”這過程能否順利完成 。由于替代物在本次替代后要替換標(biāo) 準(zhǔn)砝碼并延續(xù) 到以后秤量的檢定中，因此在替換過程 中“替換點(diǎn)”的重復(fù)性誤差也必然疊加到以后總的標(biāo)準(zhǔn)物中?，F(xiàn)在替換前標(biāo)準(zhǔn)物的誤差為 E 標(biāo)，替換點(diǎn)重復(fù)性誤差為 E重，那么替換后充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)物的恒定載荷誤差 E替，則有 榭= E 櫥+ E 彰+ E 鐓(E 重0 = 0 ，E 替0 ：0 ，J ：i + 1 ，i=0 ，1，2 ，?)。這就是種辯證的遞推關(guān)系，標(biāo)準(zhǔn)砝碼的使用量的減少定會(huì) 以損失某種性能為代。在本次“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”過程中，由于重 復(fù)性誤差 的介入 ，使得標(biāo)準(zhǔn)物的誤差加了，甚至 E 替不能滿足 JJG 555 —1996 規(guī)程 4．6 條款要求。但是此時(shí)的替代物與標(biāo)準(zhǔn)砝碼所形成的標(biāo)準(zhǔn)物(含標(biāo)準(zhǔn)砝碼和恒定載荷)的誤差不能由JJG 555 —1996 規(guī)程 4．6 條款來限制。因?yàn)楹愣ㄎ锊皇菢?biāo)準(zhǔn)砝碼而僅是“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”中的替代物而已。
3 實(shí)施“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代"的具體步驟之建議根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”對(duì)衡器行檢定可按下列步驟行 ： 步 ，利用現(xiàn)場所 能利用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼 ，按 照規(guī)程的要求對(duì)衡器行計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試 即相應(yīng)測(cè)試 ，只要求具備 1 t標(biāo)準(zhǔn)砝碼不再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)備量行其他限制。 二步，如果計(jì)量準(zhǔn)確性滿足允差要求，即可對(duì)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)砝碼所能達(dá)到的秤量點(diǎn)行重復(fù)性測(cè)試 ，并記 錄為 E 重。計(jì)算 E 勘= E 櫥+ E 重『十層 (E 重0 = 0 ，E 替0=0 ，J = i+ 1，i= 0 ，1，2 ，?)如果 E + E 勘≤mpe 或 E 。+ E 替 rape，E 為測(cè)量誤差 ，E 為修正誤差 ，mpe 為誤差范 圍。由恒定 物對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼行替換 ，然后可利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼繼續(xù)行下秤量的檢定 ；否則 即可得 出本 次利用 “標(biāo) 準(zhǔn)砝碼 的替代 ”的計(jì)量檢定 ，被檢定衡器不 ，或者得 出“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”的計(jì)量檢定不適合本臺(tái)受檢衡器。至檢定秤量達(dá)到 2／3 最秤量 ，檢測(cè)工作結(jié)束 ，對(duì)本次檢測(cè)工作給出結(jié)論 。 三步 ，重復(fù)二步并利用公式 E 勘：E 櫥+ E 重『+E 替 (J = i+ 1，i= 1，2 ，?) ，可反復(fù)行 “標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代”直至計(jì)量準(zhǔn)確性檢定程序完成。 4 總結(jié)
上述過程在“標(biāo)準(zhǔn)砝碼的替代 ”實(shí)施過程 中，砝碼的準(zhǔn)備量不必要求 50％最秤量。標(biāo)準(zhǔn)砝碼的準(zhǔn)備量可幅度降低 了，給用戶及檢測(cè)部 門提供方便。由此對(duì)受檢衡器的性 能提出了比較嚴(yán)苛 的要求。不僅重復(fù)性要好 ，而且替代點(diǎn) 的誤差也受到限制。但 由于需多次測(cè)試重復(fù)性性能 ，也導(dǎo)致裝 卸標(biāo)準(zhǔn)砝碼 的工作量增加不少。  |
