汪友宏 朱報(bào)平

(馬鞍山市計(jì)量測試研究所，馬鞍山 243000)

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選擇電子天平的一種方法

汪友宏 朱報(bào)平

(馬鞍山市計(jì)量測試研究所，馬鞍山 243000)

主要介紹采用“電子天平合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一”來選擇電子天平時(shí)，存在一定風(fēng)險(xiǎn)的情況，淺析了成因，并提出了簡單實(shí)用的解決方法。

電子天平；檢定分度值；最大允許誤差；最大秤量

0 引言

某單位為檢測M1等級的20kg砝碼兼稱量一些貴重物品，選擇了一臺高準(zhǔn)確度級的電子天平。然而在檢測工作過程中，有時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)電子天平在檢測砝碼時(shí)，示值欠準(zhǔn)確可靠的情況。該電子天平是根據(jù)其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不大于被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求來選購的。這到底是為什么呢？

該電子天平的參數(shù)為：分度值(可讀性)=0.1g，最大秤量=34kg。根據(jù)JJG 1036—2008《電子天平》檢定規(guī)程的規(guī)定，很容易得到該天平各稱量段的最大允許誤差(見表1)。不難發(fā)現(xiàn)天平20kg稱量點(diǎn)最大允許誤差為±1.0g，而20kg、M1等級砝碼的最大允許誤差也為±1.0g，于是形成了電子天平的最大允許誤差和被檢砝碼最大允許誤差相等的情況，也就是說檢測器具與被檢測器具的準(zhǔn)確度是同一個(gè)等級，這樣有時(shí)會出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)存在異議的情況就不難理解了。

表1 各稱量段的最大允許誤差

不確定度分量和哪些參數(shù)有關(guān)？怎樣才可確保不重復(fù)不遺漏？電子天平還沒有購置之前，如何才能確定不確定度的分量？這給選擇電子天平工作帶來了困難。如果僅以可讀性一個(gè)參數(shù)做不確定度來考慮，顯然是存在風(fēng)險(xiǎn)的，為了穩(wěn)妥起見，我們用下面的方法選擇電子天平。

1 電子天平的選擇

1.1 最大秤量(Max)的確定

電子天平系精密的計(jì)量器具，人們操作都會輕拿輕放，一般可不考慮受到?jīng)_擊力產(chǎn)生過載，最大秤量可按下式選擇：Max≈1.05Mmax(Mmax為被稱量物體質(zhì)量的最大秤量)。如果量程范圍寬，則需分段選多臺電子天平。

1.2 準(zhǔn)確度等級的選擇

準(zhǔn)確度等級的選擇是最重要的一環(huán)，可以說是選擇成敗的關(guān)鍵。我們認(rèn)為電子天平準(zhǔn)確度等級可由電子天平的最大允許誤差(MPEt)不大于被稱物體質(zhì)量最大允許誤差(MPEm)的三分之一來選定。即： MPEt≤1/3MPEm。

1.3 其他功能方面的選擇

操作是選觸摸屏還是鍵盤；顯示是要高分辨率彩色顯示屏還是黑白液晶顯示屏；應(yīng)用方面是只需具備基本的稱量功能還是附帶較多的應(yīng)用程序功能。凡此種種，都應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求來決定。我們認(rèn)為只要最大秤量、準(zhǔn)確度等級滿足要求，其余都以實(shí)用為好。

2 選擇的實(shí)例

以選擇滿足稱量F2等級的1mg～5kg砝碼的電子天平為例，說明按“MPEt≤1/3MPEm”的原則來確定電子天平的準(zhǔn)確度等級，不失為一種選擇電子天平的簡便安全、切實(shí)有效的方法。

2.1 最大秤量選定

因?yàn)?mg～5kg范圍較寬，宜分級選擇，需三臺電子天平才可滿足需求，擬定三個(gè)方案如表2～表4所示。

表2 XP26C+XP504+XP5003S組合方案

表3 XP26+XP205+XP5003S組合方案

表4 CAP26P+524P+5203P組合方案

以上三個(gè)方案要通過準(zhǔn)確度等級的驗(yàn)證來取舍。

表5 電子天平和砝碼(F2等級)的最大允許誤差

2.2 準(zhǔn)確度等級的驗(yàn)證選定

根據(jù)JJG 1036—2008《電子天平》檢定規(guī)程中n=Max/e的規(guī)定可知：XP26C、XP205、XP504、XP5003S、CPA26為特種準(zhǔn)確度級電子天平，524P、5203P只能為高準(zhǔn)確度級電子天平。CPA26、524P、5203P是具有多個(gè)分度值和多個(gè)稱量范圍的電子天平，顯然每個(gè)局部稱量范圍的各稱量段的最大允許誤差是不同的。遵照J(rèn)JG 1036—2008《電子天平》檢定規(guī)程的規(guī)定，由已知d和Max，通過簡單的計(jì)算，就可以方便地得到每臺電子天平各稱量段的最大允許誤差，顯然比求出每臺電子天平合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度簡捷。

將電子天平和砝碼(F2等級)的最大允許誤差同列入表5以便對照應(yīng)用。

通過表5可以看出：

選用XP26C檢測1mg～20g范圍的砝碼，顯然是大材小用；選由CPA26檢測1mg～20g范圍的砝碼比較適合。

524P檢測50～500g范圍的砝碼；5203P檢測1000～5000g范圍的砝碼。兩者的最大允許誤差已經(jīng)幾乎相等，盡管滿足合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求，但準(zhǔn)確度指標(biāo)是重要的先決條件，安全可靠起見，我們?nèi)匀挥X得不宜選用這二臺電子天平。

XP205檢測50～200g范圍的砝碼；XP5003S檢測1000～5000g范圍的砝碼；有500 g、1000 g二點(diǎn)達(dá)不到MPEt≤1/3 MPEm要求，如果用XP504取代XP205，則會有50g、100g、1000 g三點(diǎn)達(dá)不到MPEt≤1/3MPEm要求，但都能達(dá)到MPEt≈1/2 MPEm；同時(shí)滿足合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求?？紤]到XP504與XP205二者價(jià)格相差幾乎一倍，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則選取了由CPA26、XP504、XP5003S組合的新方案。

3 待討論的問題

此方法是通過選用電子天平的實(shí)踐和基于計(jì)量檢測系統(tǒng)中一般公認(rèn)的準(zhǔn)則，即檢測的計(jì)量器具的最大允許誤差不大于被檢計(jì)量器具的最大允許誤差的三分之一提出來的。方法雖方便、可靠、易行，但目前尚無針對性強(qiáng)的技術(shù)法規(guī)可依，用此法確定電子天平準(zhǔn)確度等級有人會提出異議，故以下問題值得討論。

3.1 選定電子天平用最大允許誤差的合法性

砝碼檢定規(guī)程(7.2.2.1)明確規(guī)定：“衡量儀器合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一”。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度(即重復(fù)性、靈敏度、分辨力、偏載等的合成) 電子天平的這些計(jì)量特性在測量之前要已知，在電子天平未到貨前，我們只有依據(jù)天平廠商提供的產(chǎn)品宣傳樣本，這里面或多或少存在宣傳的成分，日后難免有些參數(shù)指標(biāo)存在爭議。

砝碼檢定規(guī)程(7.2.3)規(guī)定：“標(biāo)準(zhǔn)砝碼至少應(yīng)比被檢定砝碼高一準(zhǔn)確度等級”。觀察砝碼的最大允許誤差表，也不難發(fā)現(xiàn)，上一個(gè)等級砝碼的最大允許誤差是不超過下一個(gè)等級的最大允許誤差的三分之一的，上一個(gè)等級砝碼是可作為下一個(gè)等級砝碼的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。這樣是否可以推理，檢定砝碼用的電子天平其最大允許誤差不超過砝碼的最大允許誤差的三分之一是不違反規(guī)程的，并不一定需要合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一的要求。

眾所周知，電子天平的可讀性(d)和最大秤量(Max)是最容易在事前獲得的二項(xiàng)可靠的無須爭議的計(jì)量特性指標(biāo)。有了Max、e=10d根據(jù)JJG 1036—2008《電子天平》檢定規(guī)程就能方便得出電子天平最大允許誤差，判斷一下是否不大于被稱物體最大允許誤差的三分之一。相對來說，選定電子天平用最大允許誤差，比用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度簡便、穩(wěn)妥、可靠。

3.2 電子天平和電子秤

兩個(gè)規(guī)程的制定是引用同一個(gè)文件。JJG 1036—2008《電子天平》檢定規(guī)程在計(jì)量性能要求、主要技術(shù)指標(biāo)等方面采用了國際法制計(jì)量組織(OIML)國際建議R76《非自動衡器》中的相關(guān)內(nèi)容；JJG 555—1996《非自動秤通用檢定規(guī)程》等效采用國際法制計(jì)量組織(OIML)國際建議R76《非自動衡器》制定的。OIML國際建議R76《非自動衡器》中根本沒有區(qū)別電子天平和電子秤，都是利用作用于物體上的重力(G=mg)來確定該物體質(zhì)量的計(jì)量器具，本質(zhì)上就是同一種計(jì)量器具，理應(yīng)都屬于《非自動衡器》。

目前，不僅是電子天平的準(zhǔn)確度等級是按照其檢定分度值e和最大秤量(Max)劃分成四個(gè)準(zhǔn)確度等級(n=Max/e)。而且最大允許誤差的表示的方法，電子天平也和電子秤一模一樣，以梯形允許誤差帶的形式出現(xiàn)，各段稱量載荷m與最大允許誤差MPE，都以檢定分度值e來表示。相對以前的方法是直觀、明了。不再像以前用十萬分之一或百萬分之一等相對誤差形式來評價(jià)電子天平。顯然，這不僅避免了對相對誤差理解不同產(chǎn)生異議，而且給使用者選擇電子天平和檢定人員的實(shí)際檢定工作帶來極大的方便。

3.3uc≤1/9MPEm

用于檢定砝碼的電子天平，如果被檢砝碼進(jìn)行空氣浮力修正，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的六分之一；如果被檢砝碼不進(jìn)行空氣浮力修正，則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不得超過被檢砝碼質(zhì)量最大允許誤差絕對值的九分之一。即：uc≤1/9MPEm；對于此式，左邊是不確定度，右邊是最大允許誤差。如果單純從數(shù)學(xué)角度上來講，成立是欠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。因?yàn)檫M(jìn)行比較的量必須是同種類、同性質(zhì)的量才有意義。令我們難以理解的是，砝碼和電子天平這兩者的最大允許誤差都能方便得到，為何不用和電子秤一樣的方法，用最大允許誤差相比呢？我們臆斷是我國到目前為止，仍把電子秤和電子天平兩者分開，形成各自的管理體系所致。

4 結(jié)束語

電子天平在稱量過程中不需要砝碼，操作簡單、直接讀數(shù)，具有機(jī)械天平無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，會越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并有取代機(jī)械天平之勢。我們把近二年來選購電子天平實(shí)踐工作中的點(diǎn)滴體會，作為引玉之磚，欲能引起同行的探討與質(zhì)疑，更加期待專家們的指教。愿選擇確定電子天平的準(zhǔn)確度等級，能夠用和選擇電子秤一樣的方法，早日成為共識。

[1] JJG 555—96非自動秤通用檢定規(guī)程

[2] JJG 99—2006砝碼

[3] JJG 1036—2008電子天平

[4] 王曉.電子天平檢定及不確定度評定[J].計(jì)量技術(shù)，2013(2)：53-55

[5] 唐勝睦.檢定砝碼用電子天平的選擇[J].上海計(jì)量測試，2013(1)：47-48

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.25