摘要:根据《数字指示秤》(JJG 539—2016)检定规程要求,以ACS-6电子计价秤为例,对该秤示值误差测量结果的不确定度进行了分析与评定。
关键词:电子计价秤;示值误差;测量不确定度;评定
0 引言
电子计价秤在人们的日常生产生活中得到了广泛运用,与老百姓的生活息息相关。电子计价秤测量准确与否显得尤为重要。测量不确定度的定义是表征合理地赋予被测量值之间的分散性,是与测量结果相关的参数,因此在检定电子计价秤时,有必要对其测量结果的不确定度进行评定。
1 测量概述
(1)测量依据:《数字指示秤》(JJG 539—2016)检定规程。
(2)被测对象:ACS-6电子计价秤,最大秤量为6 kg,实际分度值d=2 g,检定分度值e=d=2 g,中准确度等级。
(3)测量标准:M1等级砝码,规格1~5 kg,1 mg~500 g;标称质量值相当于0.1e即200 mg的小砝码10个。
(4)测量过程:在电子计价秤秤台上加载标准砝码L,通过找“闪变点”的方法确定化整前的示值P,计算P与L之差,就是该电子计价秤的示值误差E。
(5)测量环境:温度23.6 ℃,相对湿度62%。
(6)数学模型:E=P-L=I+0.5e-△L-L
式中,E为化整前的误差;P为化整前的示值;I为电子计价秤的显示示值;△L为附加小砝码质量;L为标准砝码质量。
(7)灵敏系数:E与P以及E与L之间为强相关关系,则可取c(I)==1;c(L)==-1;c(△L)==-1。
2 输入量估计值的标准不确定度评定
2.1 标准不确定度的A类评定
电子计价秤重复性引起的标准不确定度分量u1:依据《数字指示秤》(JJG 539—2016)检定规程的规定,在电子计价秤的半量程点进行重复性测量,用标准砝码在重复性条件下对3 kg秤量点进行10次连续测量,结果如表1所示。
根据表1可求得算术平均值p=Pi=3 000.4 g
用贝塞尔公式得标准偏差:
S==0.16 g
则平均值的标准不确定度:
u1===0.05 g
2.2 標准不确定度的B类评定
2.2.1 电子计价秤偏载误差引起的标准不确定度分量u2
依据《数字指示秤》(JJG 539—2016)检定规程的规定,进行偏载测量时,应用1/3最大秤量即2 kg的标准砝码进行测量,分别依次放置在1/4秤台面上,测得数据如表2所示。
由表2得知,最大偏载误差为0.6 g,半宽度a=0.6/2=0.3 g,并且数值服从均匀分布,包含因子k=,可得:u2=a/k==0.17 g。
2.2.2 数字示值显示分辨率引入的标准不确定度分量u3
对电子计价秤进行检定时,是用“闪变点”法确定被测电子计价秤化整前的示值误差。计价秤的实际分度值d=2 g,检定分度值e=d=2 g,采用这种方法使数字示值的分辨率变为0.1e,其分布区间半宽度a=0.1e/2=0.1 g,估计为均匀分布,包含因子k=,可得:u3==0.06 g。
2.2.3 附加小砝码引起的标准不确定度分量u4
检定电子计价秤时,其“闪变点”是用200 mg的M1级砝码进行检定的,共计10个。该砝码的最大允许误差MPE为±0.6 mg,其扩展标准不确定度不得超过该砝码最大允许误差绝对值的1/3,包含因子k=2,其扩展不确定度:U=|MPE|/3=0.2 mg,其标准不确定度u(△L)==0.000 1 g。
因为上级砝码的量值传递使用的是同一标准砝码,所以可认为这10个砝码是相关的,相关系数为1,该砝码的合成标准不确定度为:u4=0.0001 g×10=0.001 g≈0.01 g。
2.2.4 标准砝码引起的标准不确定度分量um
依据《数字指示秤》(JJG 539—2016)检定规程的规定,中准确度级的电子计价秤检定必须包括以下4个点:最小秤量(20e)、500e、2 000e、最大秤量。
最小秤量(20e)即40 g测量点,按《砝码》(JJG 99—2006)检定规程的要求,M1级40 g标准砝码的最大允许误差MPE为±0.005 g,其扩展不确定度不得超过该砝码最大允许误差绝对值的1/3,包含因子k=2,则其扩展不确定度U=|MPE|/3≈0.000 2 g,其标准不确定度u40==0.000 1 g≈0.01 g。500e即1 000 g测量点,M1级1 000 g标准砝码的最大允许误差MPE为±0.05 g,则其扩展不确定度U=|MPE|/3≈0.02 g,其标准不确定度u1 000==0.01 g。2 000e即4 000 g测量点,M1级4 000 g标准砝码的最大允许误差MPE为±0.2 g,则其扩展不确定度U=|MPE|/3≈0.07 g,其标准不确定度u4 000=≈0.04 g。最大秤量即6 000 g测量点,M1级6 000 g标准砝码的最大允许误差MPE为±0.3 g,则其扩展不确定度U=|MPE|/3=0.1 g,其标准不确定度:u6 000==0.05 g。
3 标准不确定度一览表
标准不确定度一览表如表3所示。
4 合成标准不确定度的评定
40 g:u40=≈0.19 g;
1 000 g:u1 000=≈0.19 g;
1 000 g:u4 000=≈0.19 g;
6000g:u6 000=≈0.19 g。
5 扩展不确定度的评定
40 g:U=kuc=2×0.19=0.38 g≈0.4 g
1 000 g:U=kuc=2×0.19=0.38 g≈0.4 g
4 000 g:U=kuc=2×0.19=0.38 g≈0.4 g
6 000 g:U=kuc=2×0.19=0.38 g≈0.4 g
6 测量不确定度的报告与表示
电子计价秤在 40 g的测量结果的扩展不确定度为:U=0.4 g,k=2。电子计价秤在1 000 g的测量结果的扩展不确定度为:U=0.4 g,k=2。电子计价秤在4 000 g的测量结果的扩展不确定度为:U=0.4 g,k=2。电子计价秤在6 000 g的测量结果的扩展不确定度为:U=0.4 g,k=2。
7 结语
本文以电子计价秤ACS-6为例,对规程中规定的4个必检点的测量结果不确定度进行了建模、分量评定、合成评定标准不确定度评定与数据处理,为同类标准器具的不确定度评定方法的选择和数据处理提供了参考,并为电子计价秤的校准工作提供了技术帮助。
[参考文献]
[1] 测量不确定度评定与表示:JJF 1059.1—2012[S].
[2] 数字指示秤:JJF 539—2016[S].
[3] 砝码:JJF 99—2006[S].
[4] 王娜.数字指示秤的不确定度评定[J].衡器,2018(4):41-43.
收稿日期:2020-03-03
作者简介:杨伟国(1977—),男,福建南靖人,工程师,从事衡器检定与校准工作。