选择电子天平的一种方法

汪友宏 朱报平

(马鞍山市计量测试研究所，马鞍山 243000)



选择电子天平的一种方法

汪友宏 朱报平

(马鞍山市计量测试研究所，马鞍山 243000)

主要介绍采用“电子天平合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一”来选择电子天平时，存在一定风险的情况，浅析了成因，并提出了简单实用的解决方法。

电子天平；检定分度值；最大允许误差；最大秤量

0 引言

某单位为检测M1等级的20kg砝码兼称量一些贵重物品，选择了一台高准确度级的电子天平。然而在检测工作过程中，有时偶然发现电子天平在检测砝码时，示值欠准确可靠的情况。该电子天平是根据其合成标准不确定度不大于被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求来选购的。这到底是为什么呢？

该电子天平的参数为：分度值(可读性)=0.1g，最大秤量=34kg。根据JJG 1036—2008《电子天平》检定规程的规定，很容易得到该天平各称量段的最大允许误差(见表1)。不难发现天平20kg称量点最大允许误差为±1.0g，而20kg、M1等级砝码的最大允许误差也为±1.0g，于是形成了电子天平的最大允许误差和被检砝码最大允许误差相等的情况，也就是说检测器具与被检测器具的准确度是同一个等级，这样有时会出现检测数据存在异议的情况就不难理解了。

表1 各称量段的最大允许误差

不确定度分量和哪些参数有关？怎样才可确保不重复不遗漏？电子天平还没有购置之前，如何才能确定不确定度的分量？这给选择电子天平工作带来了困难。如果仅以可读性一个参数做不确定度来考虑，显然是存在风险的，为了稳妥起见，我们用下面的方法选择电子天平。

1 电子天平的选择

1.1 最大秤量(Max)的确定

电子天平系精密的计量器具，人们操作都会轻拿轻放，一般可不考虑受到冲击力产生过载，最大秤量可按下式选择：Max≈1.05Mmax(Mmax为被称量物体质量的最大秤量)。如果量程范围宽，则需分段选多台电子天平。

1.2 准确度等级的选择

准确度等级的选择是最重要的一环，可以说是选择成败的关键。我们认为电子天平准确度等级可由电子天平的最大允许误差(MPEt)不大于被称物体质量最大允许误差(MPEm)的三分之一来选定。即： MPEt≤1/3MPEm。

1.3 其他功能方面的选择

操作是选触摸屏还是键盘；显示是要高分辨率彩色显示屏还是黑白液晶显示屏；应用方面是只需具备基本的称量功能还是附带较多的应用程序功能。凡此种种，都应根据实际需求来决定。我们认为只要最大秤量、准确度等级满足要求，其余都以实用为好。

2 选择的实例

以选择满足称量F2等级的1mg～5kg砝码的电子天平为例，说明按“MPEt≤1/3MPEm”的原则来确定电子天平的准确度等级，不失为一种选择电子天平的简便安全、切实有效的方法。

2.1 最大秤量选定

因为1mg～5kg范围较宽，宜分级选择，需三台电子天平才可满足需求，拟定三个方案如表2～表4所示。

表2 XP26C+XP504+XP5003S组合方案

表3 XP26+XP205+XP5003S组合方案

表4 CAP26P+524P+5203P组合方案

以上三个方案要通过准确度等级的验证来取舍。

表5 电子天平和砝码(F2等级)的最大允许误差

2.2 准确度等级的验证选定

根据JJG 1036—2008《电子天平》检定规程中n=Max/e的规定可知：XP26C、XP205、XP504、XP5003S、CPA26为特种准确度级电子天平，524P、5203P只能为高准确度级电子天平。CPA26、524P、5203P是具有多个分度值和多个称量范围的电子天平，显然每个局部称量范围的各称量段的最大允许误差是不同的。遵照JJG 1036—2008《电子天平》检定规程的规定，由已知d和Max，通过简单的计算，就可以方便地得到每台电子天平各称量段的最大允许误差，显然比求出每台电子天平合成标准不确定度简捷。

将电子天平和砝码(F2等级)的最大允许误差同列入表5以便对照应用。

通过表5可以看出：

选用XP26C检测1mg～20g范围的砝码，显然是大材小用；选由CPA26检测1mg～20g范围的砝码比较适合。

524P检测50～500g范围的砝码；5203P检测1000～5000g范围的砝码。两者的最大允许误差已经几乎相等，尽管满足合成标准不确定度不超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求，但准确度指标是重要的先决条件，安全可靠起见，我们仍然觉得不宜选用这二台电子天平。

XP205检测50～200g范围的砝码；XP5003S检测1000～5000g范围的砝码；有500 g、1000 g二点达不到MPEt≤1/3 MPEm要求，如果用XP504取代XP205，则会有50g、100g、1000 g三点达不到MPEt≤1/3MPEm要求，但都能达到MPEt≈1/2 MPEm；同时满足合成标准不确定度不超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求。考虑到XP504与XP205二者价格相差几乎一倍，本着经济、实用的原则选取了由CPA26、XP504、XP5003S组合的新方案。

3 待讨论的问题

此方法是通过选用电子天平的实践和基于计量检测系统中一般公认的准则，即检测的计量器具的最大允许误差不大于被检计量器具的最大允许误差的三分之一提出来的。方法虽方便、可靠、易行，但目前尚无针对性强的技术法规可依，用此法确定电子天平准确度等级有人会提出异议，故以下问题值得讨论。

3.1 选定电子天平用最大允许误差的合法性

砝码检定规程(7.2.2.1)明确规定：“衡量仪器合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一”。合成标准不确定度(即重复性、灵敏度、分辨力、偏载等的合成) 电子天平的这些计量特性在测量之前要已知，在电子天平未到货前，我们只有依据天平厂商提供的产品宣传样本，这里面或多或少存在宣传的成分，日后难免有些参数指标存在争议。

砝码检定规程(7.2.3)规定：“标准砝码至少应比被检定砝码高一准确度等级”。观察砝码的最大允许误差表，也不难发现，上一个等级砝码的最大允许误差是不超过下一个等级的最大允许误差的三分之一的，上一个等级砝码是可作为下一个等级砝码的标准砝码。这样是否可以推理，检定砝码用的电子天平其最大允许误差不超过砝码的最大允许误差的三分之一是不违反规程的，并不一定需要合成标准不确定度不超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一的要求。

众所周知，电子天平的可读性(d)和最大秤量(Max)是最容易在事前获得的二项可靠的无须争议的计量特性指标。有了Max、e=10d根据JJG 1036—2008《电子天平》检定规程就能方便得出电子天平最大允许误差，判断一下是否不大于被称物体最大允许误差的三分之一。相对来说，选定电子天平用最大允许误差，比用合成标准不确定度简便、稳妥、可靠。

3.2 电子天平和电子秤

两个规程的制定是引用同一个文件。JJG 1036—2008《电子天平》检定规程在计量性能要求、主要技术指标等方面采用了国际法制计量组织(OIML)国际建议R76《非自动衡器》中的相关内容；JJG 555—1996《非自动秤通用检定规程》等效采用国际法制计量组织(OIML)国际建议R76《非自动衡器》制定的。OIML国际建议R76《非自动衡器》中根本没有区别电子天平和电子秤，都是利用作用于物体上的重力(G=mg)来确定该物体质量的计量器具，本质上就是同一种计量器具，理应都属于《非自动衡器》。

目前，不仅是电子天平的准确度等级是按照其检定分度值e和最大秤量(Max)划分成四个准确度等级(n=Max/e)。而且最大允许误差的表示的方法，电子天平也和电子秤一模一样，以梯形允许误差带的形式出现，各段称量载荷m与最大允许误差MPE，都以检定分度值e来表示。相对以前的方法是直观、明了。不再像以前用十万分之一或百万分之一等相对误差形式来评价电子天平。显然，这不仅避免了对相对误差理解不同产生异议，而且给使用者选择电子天平和检定人员的实际检定工作带来极大的方便。

3.3uc≤1/9MPEm

用于检定砝码的电子天平，如果被检砝码进行空气浮力修正，则其合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的六分之一；如果被检砝码不进行空气浮力修正，则其合成标准不确定度不得超过被检砝码质量最大允许误差绝对值的九分之一。即：uc≤1/9MPEm；对于此式，左边是不确定度，右边是最大允许误差。如果单纯从数学角度上来讲，成立是欠严谨的。因为进行比较的量必须是同种类、同性质的量才有意义。令我们难以理解的是，砝码和电子天平这两者的最大允许误差都能方便得到，为何不用和电子秤一样的方法，用最大允许误差相比呢？我们臆断是我国到目前为止，仍把电子秤和电子天平两者分开，形成各自的管理体系所致。

4 结束语

电子天平在称量过程中不需要砝码，操作简单、直接读数，具有机械天平无法比拟的优点，会越来越广泛地应用于各个领域，并有取代机械天平之势。我们把近二年来选购电子天平实践工作中的点滴体会，作为引玉之砖，欲能引起同行的探讨与质疑，更加期待专家们的指教。愿选择确定电子天平的准确度等级，能够用和选择电子秤一样的方法，早日成为共识。

[1] JJG 555—96非自动秤通用检定规程

[2] JJG 99—2006砝码

[3] JJG 1036—2008电子天平

[4] 王晓.电子天平检定及不确定度评定[J].计量技术，2013(2)：53-55

[5] 唐胜睦.检定砝码用电子天平的选择[J].上海计量测试，2013(1)：47-48

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.25