M1等级吨位砝码量值比对可行性分析及验证

马 堃 史 莉 张 岩 王述成 宋 娜 邓石虎

(山东计量科学研究院，济南 250014)



M1等级吨位砝码量值比对可行性分析及验证

马 堃 史 莉 张 岩 王述成 宋 娜 邓石虎

(山东计量科学研究院，济南 250014)

介绍了一种M1等级吨位大砝码量值比对的方法，分析了吨位大砝码比对的可行性和影响砝码量值比对的关键因素。

吨位砝码；比对；稳定性

0 引言

衡器是具有基础性的计量器具，被广泛应用于工业、农业、商业、外贸、交通、医疗、国防和科学研究等领域的贸易结算中，根据我国计量检定规程规定，为保证衡器准确性，检定衡器的标准器必须是能满足检定要求的标准砝码，因此保证衡器量值准确的前提是保证标准砝码的准确。通常检定固定式电子衡器使用的主要标准器是M1等级吨位大砝码，这类砝码多为铸铁制造，由于质量大，运输困难，也使该砝码的检定一直困扰着计量检测机构。

在砝码量值传递中衡量仪器是必不可少的配套设备，在高精度便携式质量比较仪出现之前，大质量砝码必须靠载重汽车运输到计量机构实验室进行实验室环境下质量传递。随着称重技术的发展，不同精度、不同形式的质量比较仪不断出现，特别是高精度便携式大质量比较仪的出现，使M等级吨位大砝码的现场检定成为可能。

目前许多检测机构具备M1等级1吨砝码检定能力，特别是地市级技术机构，多配置了可移动检定M1等级1吨砝码的检定装置。但是，由于M1等级1吨砝码检定装置是可移动式，频繁的运输使用在所难免，恶劣环境会严重影响计量装置的稳定性，致使标准装置出现极大的不稳定性，而影响着M1等级砝码的质量和量值传递的可靠性。

所谓比对就是从低端入手，通过检测结果的比对上溯至计量标准装置，可发现标准装置是否正常，所以我们通过M1等级吨位大砝码量值的比对就可以发现检定这种吨位大砝码所有参比单位的计量标准装置的设备、人员和环境等是否满足JJG 99—2006《砝码》规程的要求，这也是进行比对的重大意义所在。

1 样品稳定性检验

稳定性是指样品在规定的使用条件下和一定时间间隔内样品物质的特性量值保持在规定的范围内的能力。比对样品的一致性在实验室能力验证和比对中至关重要，在实施之前应确保能力验证中出现的不满意结果不归咎于样品质检或样品本身的差异性，因此在实施比对前必须对样品的选取进行稳定性检验，如果不能保证稳定性符合要求则应重新选择样品。

本次比对选取的样品是M1等级标称值为1000kg的大砝码，其制造材料为铸铁，带有调整腔(调整腔在传递过程中需做铅封处理)，为确保比对的顺利完成，首先对该样品的稳定性进行检验和分析，稳定性检验是为确保整个能力验证期间验证样品的稳定性。

根据要求，稳定性检验应在能力验证的整个期间定期的进行，时间间隔可采取前紧后松的原则，我们选择比对开始后，参比实验室取样前进行两次稳定性检验，等样品收回后再进行一次。每次稳定性检验均采用样品的多次重复性检验的平均值计算。由于吨位大砝码的检验是主导实验室利用F1等级大砝码标准装置完成，搬运相对较麻烦，因此重复性检验次数选择6次。

本次稳定性检验采用t检验法，t检验法规定：每个时间节点对样品进行重复性测试，获得不同时间点的平均值、标准偏差和自由度，利用下式计算t值：

通过查t临界值分布表，查看t值是否超过t临界值，如果未超过，说明样品无显著变化，反之则认为样品有显著变化，即稳定性检验不合格。表1给出了本次比对试验的稳定性检验数据。

表1 稳定性检验数据

从上述检验数据来看，t值均小于临界值，所以本次比对样品在比对期间未发生显著变化，稳定性检验符合要求。

2 指定值确定及比对方式

2.1 指定值的确定

指定值是比对的参考值，是主导实验室在符合JJG 99—2006《砝码》要求的环境条件下，利用高一等级的计量标准检验得到的。JJG 99—2006规定检定M1等级砝码的检定环境条件是每4小时最大变化5℃。本次比对的样品为M1等级铸铁材料的砝码，检验时环境温度选择常温，检定期间温度变化均不超过2℃。

根据JJG 99—2006《砝码》和JJG 2053—2006《质量计量器具检定系统》规定，M1等级砝码是通过F2等级砝码量传，质量比较仪选择能满足M1等级砝码要求的质量比较仪。根据比对传递要求，参考值的获得可在高出参比方检验标准的计量标准上进行，即获得M1等级砝码的指定值可在F1等级或更高等级大砝码标准装置上进行，即标准器为F1等级或更高等级大砝码为标准器，配套设备采用能满足检定F2等级1吨砝码要求的质量比较仪，指定值检验计量标准与参比实验室参比值计量标准的技术要求是不同的，见表2。

表2 比对检验设备技术指标

比对方法采用直接比较法ABA，即通过标准砝码与比对样品在质量比较仪上进行比较来确定比对样品的质量值。

样品指定值的获取采用多次重复测量的平均值为最终指定值，重复性测量分别在样品派出前和收回后进行，即：

式中：m为指定值，g；m比对前为比对试验前主导实验室检测结果，g；m比对后为比对试验后主导实验室检测结果,g。

2.2 比对方式

由于样品是具有调整腔，运输中极易造成质量值改变，一旦发生改变将影响比对程序的完成，所以此次比对采用星形方式，即每个参比实验室直接与主导实验室交接样品，每次交接均对调整腔铅封进行检查和标记。

M1等级大砝码量值检定装置分为可移动式和固定式两种，传递样品的传输和试验可选择下列两种方式：

方式一：针对参比实验室具有可移动式大砝码检定装置，参比实验室可运输其标准装置(包括标准器和配套设备)至主导实验室，由主导实验室提供实验室试验环境，由参比实验室的检定员在主导实验室完成样品比对试验，样品的检验在主导实验室完成，方式二：对于固定式安装的检测装置，样品由主导实验室提供，参比实验室到主导实验室领取样品，在参比实验室试验环境下由其检定员完成样品比对。

3 比对结果的评估

3.1 评估方式

比对评估采用En值评估方式。En值为各参比实验室的检测结果xlab与参考值xref的差值与不确定度限之比，不确定度限为参比实验室测量结果的扩展不确定度Ulab和参考值测量结果的扩展不确定度Uref的方和根，即：

3.2 比对结果

本次比对共有10个实验室参加，其中6家选择方式一，4家选择方式二。从比对结果来看，采用方式一的6家机构有2家出现不满意，满意率为67%；采用方式二的4家机构中有2家不满意，满意率为50%，见表3和图1。

表3 比对结果与参比方式

从图表中可看出，采用方式一的满意率高于方式二，而且离散性也好于方式二。

4 对比对结果的分析

从比对结果上分析，计量标准的稳定性固然是个因素，但是从不同比对方式比对结果的差异还是能看出人员与环境对检定吨位大砝码的影响是很大的。

从图表中可看出采用方式二的满意率明显低于方式一，这应该是有三个原因：一是环境影响，二是试验设备的影响，再就是温度影响。

4.1 环境影响

用于质量量值传递的衡量仪器相比其他用途的衡量仪器，对于环境条件的要求较高，其中气流是影响衡量仪器稳定性的原因之一，所以在质量实验室内，不允许有容易察觉的气流。

4.2 试验设备的影响

参比实验室试验设备性能不如主导实验室试验设备，我们知道，吨位大砝码的加放均需用行车，行车起吊速度对质量比较仪秤盘的冲击力大小，均影响比较仪的示值。如果采用无级变速的加放方式会使数据稳定性很好，主导实验室提供的试验吊机就是无级变速的，起吊设备平缓、安全、稳定，这是比对数据相对比较好的原因之一。

4.3 温度影响

标准砝码和被检砝码温度不一致是影响此次比对的关键。砝码的检定应在稳定的环境状况下，砝码的温度接近室温。砝码和衡量仪器之间的温度差值要尽量的小。在检定前应将标准和被检砝码放在衡量仪器里可减小它们的温度差，这是实验室的温度变化量。根据JJG 99—2006《砝码》检定规程推荐温度为恒定6小时以上。

此次比对的标准砝码为不锈钢制成，而M1吨位大砝码样品是铸铁的，两者均是金属材料制造的设备。金属材料对温度要求很高，温度不同造成体积改变，引起空气浮力变化，质量比较仪是称重原理的仪器，空气浮力的变化将会最终影响标准砝码或者被检样品的称量值，这也是造成比对欠准的一个重要因素。

如果参比实验室检验样品是在主导实验室进行，那么样品的稳定时间就比较长，而采取方式二的将比对样品取回后，在参比实验室内试验的稳定时间就很难保证。因为运输样品往往要经过4～5个小时的路途，长时间的暴晒或风吹使样品体积发生很大变化，如果不经过足够时间的恒温再检验，标准砝码、质量比较仪和被检样品不能达到一致，会严重影响样品的质量值。

5 结束语

通过比对对参比实验室的专业技术和能力进行很好的评价和验证，并分析每个实验室存在的不足和缺陷，制定出纠正和预防措施，使实验室在设备状况、人员水平、环境条件等方面得以完善。同时也确保技术机构实验室的M1等级大砝码检验能力可靠性，保证计量技术机构大砝码质量值传递准确一致，并更好的为经济建设服务。

[1] 姚红.国家计量技术法规统一宣贯材料《砝码》.北京：中国计量出版社,2007

[2] 施昌彦,叶德培.JJF 1094—2002测量仪器特性评定.北京：中国计量出版社,2003

[3] 庄长远.统计学.北京：科学出版社,2005

[4] 王池,原遵东,林延东.计量比对.北京：中国计量出版社,2010

[5] 叶德培.测量不确定度评定与表示.北京：中国质检出版社，2013

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.2.21