衡器载荷测量仪标准载荷单元测量结果不确定度评定

蔡开城，郭贵勇

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

0 引言

电子汽车衡是企业、厂矿等用于大宗货物计量的称重设备，广泛应用于贸易结算领域。衡器载荷测量仪可依据据JJG1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》对一种检定最大秤量不小于30t、检定分度数不大于3000的中准确度和普通准确度电子汽车衡进行检定。衡器载荷测量仪是由标准载荷单元、标准载荷单元组和液压控制系统构成，其测力系统最多由13台标准载荷单元组成，标准载荷单元是由反力装置、液压油缸、传感器和测量仪表等组成[1]，用于对电子汽车衡施加标准载荷。标准载荷单元力值的准确度关系到电子汽车衡量值溯源的准确性，关系到贸易结算活动的公平和公正，需要对标准载荷单元力值进行检定[2-3]。

1 测量依据、条件及方法

1.1 测量条件

（1）环境条件：温度：（20±5）℃，且变化不超过1℃/h；相对湿度：不大于80%；检定环境不允许有影响检定结果的振源、电磁干扰等现象。

（2）测量标准：①F2等级标准砝码：测量范围200kg-150t，由JJG99-2006《砝码检定规程》给出其质量允差为3g-30g，扩展不确定度U≤（1-10）g，（k=2）；②质量比较仪：测量范围200kg-150t，分度值0.1kg，相对扩展不确定度不大于0.0037%,（k=2）；③被测对象：选取一台衡器载荷测量仪标准载荷单元(测量范围200kg-20t，分度值0.1kg)进行试验，以评定其测量不确定度；

（3）测量方法：在规定条件下，将衡器载荷测量仪标准载荷单元、质量比较仪调整为工作状态，依据JJG99-2006《砝码》，采用直接比较法，被检标准载荷单元与一个或多个标准砝码通过ABA比较的方式进行检定，其中：A为标准砝码；B为被检标准载荷单元。采用标准载荷单元对质量比较仪施加额定载荷3次[4-10]。

1.2 0°方位检定

（1）将质量比较仪清零，按照标准载荷单元的检定点要求，将F2级砝码依次递增加到质量比较仪上，加载到相应的检定点时保持一定时间，记录质量比较仪示值，直至最大检定点，然后依次卸除所有砝码。

（2）将质量比较仪和衡器载荷测量仪标准载荷单元清零，标准载荷单元按照检定点对质量比较仪按递增顺序加载，加载到相应的检定点时保持一定时间，记录质量比较仪示值，直至最大检定点，依次卸除所有载荷。

（3）重复②步骤一遍。

（4）重复①②③步骤一遍。

1.3 120°方位检定

将标准载荷单元旋转120°，采用标准载荷单元对质量比较仪施加额定载荷1次，然后重复①②③步骤一遍。

1.4 240°方位检定

将标准载荷单元旋转240°，采用标准载荷单元对质量比较仪施加额定载荷1次，然后重复①②③步骤一遍。

2 衡器载荷测量仪标准载荷单元测量结果的不确定度评定

2.1 数学模型

式中：

e——检定时标准载荷单元示值误差，kg；m1——A1检定，专用质量比较仪示值，kg；

y——B检定，专用质量比较仪示值，kg；m2——A2检定，专用质量比较仪示值，kg。

2.2 灵敏系数ci

2.3 各输入量的标准不确定度评定：

以标准载荷单元20t检定点为例进行不确定度评定。

2.4 输入量y的标准不确定度u（y）的评定

2.4.1 测量重复性引入的不确定度分量u1（y）

采用A类方法进行评定。重复性条件下，在0°方位上进行3次连续测量，得到测量列：20000.0kg，20000.2kg，20000.1kg。采用极差法，计算实验标准偏差：

实际测量中使用单次测量结果，因此：

2.4.2 标准载荷单元示值复现性引入的不确定度分量u2（y）

在0°、120°、240°方位上进行3次连续测量，得到测量列：20000.0kg，20000.1kg，19999.8kg。采用极差法，计算实验室标准偏差：

实际测量中使用单次测量结果，因此：

2.4.3 标准载荷单元示值分辨力引入的不确定度分量u3（y）

标准载荷单元示值分辨力引起的不确定度u3（y）采用B类方法进行评定，以均匀分布来估计这个分量。标准载荷单元示值显示在质量比较仪上，分辨力为0.1kg，则：

2.4.4 质量比较仪不确定度引入的不确定度分量u4（y）

质量比较仪相对扩展不确定度不大于0.0037%，包含因子k=2，因此：

2.4.5 输出温度影响引入的不确定度分量u5（y）

检定过程室温变化对测量结果产生影响采用B类方法进行评定，其影响不大于±0.005%/10K，20 t检定点影响不大于±0.10kg/10K，根据检定时对室温的要求，温差不超过1℃/h，以均匀分布来估计这个分量：

2.4.6 零点恢复引入的不确定度分量u6（y）

采用B类方法进行评定。在0°方位每个测量序列开始之前和完成之后记录零点输出值，并计算回零差，每次回零均为0.0kg，以均匀分布来估计这个分量：

2.4.7 输入量y引入的标准不确定度u（y）

2.5 输入量 m1、m2的标准不确定度u（m1）、u（m2）的评定

其不确定度主要来源于标准砝码的扩展不确定度引起的不确定度分量u1（m1），还来源于标准砝码质量的不稳定性引入的不确定度分量u2（m1）。

（1）标准砝码引入的不确定度分量u1（m1）（忽略空气浮力带来的不确定度分量）：根据规程，F2等级标准砝码20t的扩展不确定度不大于0.107kg，包含因子k=2；

（2）标准砝码质量的不稳定性引入的不确定度分量u2（m1）：根据规程规定，砝码相邻两个周期检定结果之差不得超过该砝码最大允许误差的三分之一，以均匀分布来估计这个分量。F2等级标准砝码20t的最大允许误差绝对值为0.32kg，

（3）质量比较仪分辨力引入的不确定度分量u3（m1）：质量比较仪分辨力引起的不确定度u3（m1）采用B类方法进行评定，以均匀分布来估计这个分量。

质量比较仪分辨力为0.1kg，则：

（4）标准砝码引入的不确定度u(m1)：

由于采用ABA的方式对被检标准载荷单元与标准砝码进行直接比较所以：

3 合成标准不确定度

3.1 不确定度分量汇总表

表1 不确定度分量表Fig.1 The table of combined uncertainty

3.2 合成标准不确定度的计算

输入量彼此独立不相关，合成标准不确定度按下式得到：

4 扩展不确定度

取包含因子k=2，则标准载荷单元示值误差测量结果的扩展不确定度为：0.88kg或表示为Urel=0.005%。标准载荷单元在20t测量点，其测量结果的扩展不确定度为0.005%，它是由合成标准不确定度uc=0.0023%和包含因子k=2之乘积得到。

5 结论

本文介绍一种采用标准砝码和质量比较仪对衡器载荷测量仪标准载荷单元标准力值进行检定的方法及其不确定度评定方法。通过对衡器载荷测量仪标准载荷单元进行检定实现量值溯源，保证了衡器载荷测量仪标准载荷单元的准确可靠，为衡器载荷测量仪应用于检定电子汽车衡提供了技术保障，为电子汽车衡应用于贸易结算保驾护航。