动态(矿用)提升秤的校准方法探讨及测量不确定度的评定*

王 瑞

(甘肃省产品质量监督检验西部分中心，张掖 734000)

0 引言

动态(矿用)提升秤(行业中通常称为天轮式称重装置)是一种矿井口以提升形式使用的、对矿车或矿斗质量进行动态称量的衡器，用于政府监控垂直矿井矿产量的新型计量器具，目前尚无国家和地方校准规范，按照计量法律、法规的要求，必须对安装使用的动态(矿用)提升秤进行校准。本文介绍一种校准方法，并对该校准方法的测量不确定度进行了分析。

1 动态(矿用)提升秤的结构和工作原理

动态(矿用)提升秤由一套天轮式专用称重模块、控制柜、防雷部件等构成，安装在垂直升降的矿井口。其工作原理将称重传感器放在天轮的轴承座下方，当矿斗被垂直提升至矿井时，动态称量矿斗的重量，并将称量数据发至政府的监管部门。

2 校准方法

2.1 校准设备

1)校准用计量标准器具必须符合校准要求规定的M1等级砝码。

2)符合企业运输要求、质量稳定的矿斗，其装载物的性质和正常称量物一致或相似，可作为约定量值的标准矿斗。标准矿斗可用经过计量检定合格的衡器称出。

2.2 校准项目和校准方法

2.2.1 校准方法的选择

校准方法分为静态称量校准和动态称量校准。如果动态(矿用)提升秤具有静态功能时，才需要静态称量校准；如果动态(矿用)提升秤不具有静态功能，可以不进行静态称量校准。

2.2.2 静态称量校准

静态称量校准应当按照JJG 555—1996《非自动衡器通用检定规程》要求进行静态称量校准，包括置零准确度、去皮准确度、偏载、称量以及重复性的校准。

2.2.3 动态称量校准

1)参考矿斗及校准载荷的选择

校准使用的参考矿斗应选取代表性的矿斗，应当选择磨损轻，各部件完整的矿斗作为参考矿斗。参考矿斗所代表的校准载荷应覆盖动态(矿用)提升秤的称量范围，即空载至最大秤量，如果实际使用的载荷达不到最大秤量，可以采用常用秤量。

具体选择校准载荷时，选取空载、1/2最大秤量、最大秤量，主要考察动态(矿用)提升秤的整个称量范围的准确性。

2)参考矿斗质量的约定量值

参考矿斗质量的约定量值，通过对矿斗称量可得到，在检定合格的称量衡器上予以确定。称量时应保证矿斗处于静止状态，并全部置于衡器上，对参考矿斗称量3次，取3次称量结果的算术平均值作为矿斗质量的约定量值。

采用标准砝码作为载荷，可以按照上述方法确定参考矿斗质量的约定量值，再与所加的标准砝码质量相加即为参考矿斗质量的约定量值。

3)动态称量误差校准

按照上面确定的矿斗进行动态称量误差校准，对矿斗的每种载荷均进行10次动态称量，且速度每次都匀速相等，记录动态校准时参考矿斗质量，并按照式(1)计算动态(矿用)提升秤称量误差Ei：

(1)

式中:i为承载器容器动态称量的次数，i=1,2,3，…，n，n=10；Mdi为承载器容器第i次动态称量质量示值；Mref为承载器容器的约定真值。

3 动态(矿用)提升秤测量结果不确定度评定

用于M1等级标准砝码校准动态(矿用)提升秤称量结果的不确定度评定，采取直接比较法，用砝码直接加载、卸载的方式，分段称量示值与标准砝码之差即为提升秤的示值误差。

3.1 数学模型

ΔM=M-M0

式中：ΔM为提升秤称量误差；M为提升秤的示值；M0为砝码的质量。

灵敏系数：

c1=∂ΔM/∂M=1c2=∂ΔM/∂M0=-1

3.2 不确定度来源及评定

3.2.1 不确定度来源

标准装置在测量提升秤时的不确定度来源见表1。

表1标准装置在测量提升秤时的不确定度来源

3.2.2 评定各输入量的标准不确定度

1)计算重复测量引入的不确定度分量u(M1)

选一台具有约定量值的砝码矿斗作为被测对象，速度为≤5km/h，且匀速。在1000kg点重复测量10次，得到10个观测值(被测显示读数和砝码矿斗标准值之间的差值)：10，-20，0，10，0,0，-30，0,0,10 kg。10次测量结果的平均值为998kg，最大示值误差为-30kg。得到标准偏差:

以10次测量的平均值作为测量结果,所以：

2)计算显示分辨力引入的不确定度分量u(M2)

数字示值的分度值为d=10kg，显示分辨力为1d，无法采用“闪变点法”，故由被测提升秤数字示值分辨力引入的测量不确定度分量：

3)标准器M0引入的不确定度分量u(M0)

所使用称量衡器在500kg，最大允许误差为|MPE|=0.5kg，其标准不确定度：

3.3 合成标准不确定度uc(y)

1)扩展不确定度

取包含因子：k=2，U=kuc(y)=2×5=10kg，相对扩展不确定度Ur=1%

2)动态称量校准结果

动态(矿用)提升秤最大示值误差为-3.0%,相对扩展不确定度Ur=1%，k=2。

3.4 测量不确定度报告与表示

Ur=1%，k=2

4 结束语

通过对多家企业使用的动态(矿用)提升秤进行校准，经使用单位验证，结果表明：校准方法科学合理、切实可行。

[1] JJG 555—1996非自动秤通用检定规程[S].北京：中国计量出版社，1997

[2] JJF 1001—2011通用计量术语及定义技术规范[S].北京：中国质检出版社，2012

[3] JJF 1059—1999 测量不确定度评定与表示[S].北京：中国计量出版社，1999

[4] 倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国计量出版社，2008

[5] 李庆忠，李宇红.计量不确定度评估要点[J].计量技术.2003(1)