电子秤量值比对结果及分析

杨文海 魏峻/上海市宝山区计量质量检测所

0 引言

电子秤是衡器的一种，是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的计量器具。现代电子秤是采用传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，实现了“快速、准确、连续、自动”的称量要求，同时有效地消除了人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。电子秤被广泛应用于商业贸易活动及工业生产领域，依据《中华人民共和国计量法》，电子秤被列入强制检定的工作计量器具目录。为了解上海法定计量检定机构的电子秤检定工作的技术现状及考核检定人员的技术能力，确保检定数据的准确可靠，提高检定人员的技术水平，上海市质量技术监督局布置了上海市范围内法定计量技术机构电子秤量值比对任务。

1 技术背景

1.1 比对依据

1）JJG 539-2016《数字指示秤检定规程》

2）JJF 1117-2010《计量比对计量技术规范》

3）GB/T 15483-1999《利用实验室间比对的能力验证》

4）JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

1.2 比对组织实施

上海市宝山区计量质量检测所为本次比对的主导实验室。主要负责比对技术方案的制定，组织比对的具体实施，确定比对时间表，解决比对中各种技术问题，汇总并分析比对结果，起草比对总结报告。参加比对的实验室为上海市9家区县法定计量检定机构。参比实验室对应的序号分别为：1、2、3、4、5、6、7、8、9。

按照比对实施细则的要求，本次比对采用移动地点比对方式，以花瓣式路线（图1）进行样品的传递。参比实验室每三个为一组，共分三组。首先由主导实验室将传递标准在本实验室标准装置上进行检定，得到检定数据后，进行第一组参比实验室间传递标准的传递。第一组内3家参比实验室检定完成后，传递标准返回主导实验室，由主导实验室再次检定并确认样品状态后进行第二组参比实验室间传递标准的传递。第二组内3家参比实验室检定完成后，传递标准返回主导实验室，由主导实验室检定并确认样品状态后进行第三组参比实验室间传递标准的传递。第三组内3家参比实验室检定完成后，传递标准返回主导实验室，由主导实验室检定并确认样品最终状态。

图1 花瓣式路线进行样品的传递

1.3 传递标准及稳定性

传递标准由主导实验室提供。本次比对使用的传递标准为上海市宝山区计量质量检测所提供的上海寺冈电子有限公司生产的电子秤一台，其型号：DS-782 型，最大秤量：15 kg，最小秤量：100 g，检定分度值：5 g，准确度等级：级，器号：15500806。另选取一台上海天合电子有限公司生产的同规格的电子秤（器号：50210160）作为备用传递标准。

主导实验室选择两台电子计价秤进行稳定性试验，连续 2 个月每周在 7 500 g、15 000 g 点进行一组10次的重复测量，取其算术平均值作为该组的测量结果。

比对开始前传递标准的稳定性数据见表1。

表1 电子计价秤稳定性数据

在连续 2 个月每周在 7 500 g、15 000 g 点进行的稳定性试验中，相应称量点处测量结果最大值与最小值之差均不大于相应载荷点最大允许误差的三分之一，即1.7 g和2.5 g。这说明传递标准和备用传递标准的稳定性均满足比对要求。

比对开始之后，在每3家参比单位测量前后，均由主导实验室对传递标准进行稳定性的监控测量，以确保整个比对期间传递标准的稳定、可靠。比对期间传递标准的稳定性数据见表2。

表2数据表明，传递前后传递标准在7 500 g、15 000 g两个称量点的重复测得值之差不大于该载荷点最大允许误差的三分之一，这说明传递标准在比对期间的稳定性满足要求。

表2 比对期间传递标准的稳定性数据

1.4 比对方案

根据检定规程中相关检定项目的要求，本次比对主要考核比对原始记录填写规范性及检定证书格式规范性，电子秤7.5 kg称量点及15 kg称量点示值误差及不确定度评定。

2 不确定度评定方法和要求

2.1 不确定度评定方法

不确定度评定的术语和方法应依据国家计量技术规范JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》进行。测量不确定度评定报告必须包含对选定受检点（7 500 g、15 000 g）测得值的测量不确定度评定和分析过程。

2.2 不确定度评定报告的要求

不确定度报告至少要包含以下内容：

1）概述；

2）测量模型；

ΔE=P-m

式中：ΔE——被检电子计价秤示值误差；

P——电子计价秤示值；

m—— 标准砝码质量值

3）各分量的标准不确定度的评定及计算过程；

可供参考的不确定度分量有以下几个方面：

① 被检电子秤测量重复性

② 被检电子秤偏载误差

③ 示值随电源电压变化

④ 标准砝码的不确定度

⑤ 分辨力

重复性和分辨力的影响，取其较大的部分

4）合成标准不确定度的评定；

5）扩展不确定度的评定；

6）测量不确定度的报告与表示（取k=2）。

3 参考值的确定及比对数据处理

3.1 传递标准的参考值及其扩展不确定度

按此次比对方案的要求，本次比对采用上海市计量测试技术研究院F1等级标准砝码传递的量值作为参考值。参考值的测量不确定度由上海市计量测试技术研究院提供，详见表3：

表3 由上海市计量测试技术研究院采用F1等级标准砝码传递的量值数据

3.2 比对数据处理方法

3.2.1 比对结果的处理——En值判定法

本次比对结果采用En值进行评价，En值计算公式为：

按以下准则评价实验室结果：|En|≤1，比对结果为满意，|En| ＞ 1比对结果为不满意。

3.3 各参比实验室的比对数据汇总

各参比实验室上报的比对结果及其扩展不确定度（k= 2）的汇总见表4。表4中带下划线的是参比单位首次递交的比对结果，不带下划线的数据是最终比对结果。

各参比实验室的En值以最终上报的比对结果进行计算，详见表5，表5中带下划线的是参比单位首次递交的比对结果，不带下划线的数据是最终比对结果。

由表5可见，参加比对的9个实验室的|En|值均小于1，比对结果满意。

表4 各实验室的测量结果及其不确定度

表5 按本次比对要求计算所得En值

4 比对结果分析

主导实验室对参比实验室上交比对结果报告进行汇总、整理，并编制本次比对总结报告。针对比对过程中反映出的共性问题提出几点建议，以利提高实验室校准数据的可靠性及实验室的测量能力。

4.1 比对结果材料的递交

本次比对中，各参比实验室均根据比对方案与细则的规定，将比对结果提交给主导实验室。主导实验室后期整理过程中发现，1号、3号参比实验室提交的测量结果的末位与测量不确定度的末位不一致，4号、5号参比实验室提交的测量结果没有采用检定的化整前的修正示值，而是提交了测量重复性的平均值作为测量结果进行了提交，经过沟通，两家参比实验室对测量结果重新进行了提交。

4.2 检定结果

按照本次比对方案要求，本次比对中电子秤检定为后续检定，在称量测试中除皮称量测试可以不做，其他称量测试要按照检定规程要求进行测试。原始记录的表述中，各个参比实验室的重复性误差应写为≤ 5.0 g 和≤ 7.5 g，不是 5.0 g、7.5 g 和 ±5.0 g、±7.5 g。5号参比实验室没有按规程要求进行500e（2 500 g）拐点称量点进行测试。7号参比实验室原始记录中准确度等级表述有误，无椭圆。1号、2号和6号参比实验室原始记录中没有表述是随后检定还是首次检定。

4.3 测量不确定度的评定

测量不确定度评定中,参比实验室都存在一些问题。具体如下：

1）测量不确定度来源主要是数字指示秤测量重复性、分辨力、四角偏载误差以及示值随电源电压变化等。9家参比实验室中，有4家实验室在确定不确定度来源时未考虑数字指示秤分辨力引入的不确定度。

数字指示秤分辨力引起的不确定度分项评定:电子秤最小显示分辨力为5 g，半宽为2.5 g，服从均匀分布，包含因子k=

数字指示秤测量重复性、分辨力引入的不确定度分量是由同一种效应导致的，所以这两者之间取数值大的，而不应同时作为分量引入。个别实验室因为只考虑了测量重复性引入的不确定度分量，未考虑分辨力引入的不确定度分量，所以最后评定的不确定度偏小。

2）数字指示秤偏载误差引起的标准不确定度计算偏差较大，各实验室对于这一不确定度的分析方法各异，结果不同。

多家参比实验室的评定方法为：

数字指示秤进行偏载试验时，用最大称量1/3的砝码，放置在1/4秤台面积中，最大值与最小值之差一般不会超出 5 g，半宽a=2.5 g，而测量时放置砝码的位置较为注意，偏载量远比做偏载试验时少，假设其误差为偏载试验时的1/3，并服从均匀分布，包含因子k=可得：

这个评定方法中，电子秤偏载误差是带正负号的，因此半宽是5 g，而非2.5 g。另外，偏载的位置在规程中是相对固定的，因而位置的差异导致误差缩至1/3不合理。建议各个参比单位取实际测量过程中偏载误差的最大值和最小值作为变化区间，以其半宽按均匀分布考虑比较合适。

3）标准砝码m的标准不确定度评定中，各参比实验室都是取允差表规定的最大允许误差绝对值的得到。

查表得到7.5 kg砝码，允差±0.375 g，其标准不确定度

查表得到15 kg砝码，允差±0.75 g，其标准不确定度

按照砝码规程的要求，标准砝码质量的标准不确定度u(m)的评定，是由检定证书中扩展不确定度U和覆盖因子k（通常k= 2）的商，并结合标准砝码质量的不稳定性引起的不确定度uinst(m)得到：

其中U为允差的，

这样得出：

7.5 kg 称量点，U=0.125 g，

15 kg 称量点，U=0.25 g，

4.4 测量结果表述的规范性

在最终结果的报告中，表述应规范，测量结果的末位与测量不确定度的末位应对齐。1号、3号参比实验室递交的比对报告中实验室测量结果与不确定度末位没有对齐。

5 结语

综上所述，本次电子秤量值比对反映出上海法定计量检定机构电子秤量值传递的总体状况是良好的，计量标准装置能够符合要求，计量检定人员对技术规范的理解较为准确，测量操作程序和数据处理正确，不确定度评定基本合理，满足上海市电子秤量值传递的要求。