电子天平原始记录的电子化
2020-05-12上海市计量测试技术研究院
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0 引言
原始记录作为出具证书报告的唯一信息来源，其信息的真实完整直接影响证书报告的准确与否，为了确保电子天平检校证书或报告的法律效力，电子天平原始记录的真实与规范就显得十分重要。伴随市场电子天平检校业务量的日益增加，电子天平纸质版原始记录的问题也日益突显。传统纸质版电子天平原始记录存在不易保管、不便查询及处理效率低等缺点。当前提升检校效率，更好地保证电子天平检校工作质量已成为计量检测行业急需解决的重要问题。本文利用Excel软件制作电子天平电子原始记录模板，将初始检测数据进行电子化，从而方便地实现了电子天平原始数据后续的加工处理、修改痕迹的追溯、证书报告的自动生成以及记录的存储和查询等功能，在有效提升电子天平原始记录的溯源性、准确性及安全性的前提下，也提高了工作效率。
1 电子天平电子原始记录模板制作
电子天平电子原始记录模板的制作主要包括两部分：信息页和结果页，其中信息页包括信息首页和数据页。信息首页包括：待检样品信息、所依据的规程规范、计量标准、计量标准器、检测地点、温湿度等。信息首页是利用本单位的Lims系统直接关联获取。数据页设计利用Excel软件来实现，通过导入相应的计算公式，设置框格有效性，从而实现数据的记录和自动计算。证书结果页是利用计算公式提取信息页中相应数据自动生成，并且证书页有相应的预警设置，在数据超差或者出现异样数据时数据页和结果页会自动提示。
2 电子天平测试项目
2.1 示值误差测试
示值误差的测试，依据检定规程对载荷点进行加载、卸载测试，试验载荷点包括：空载、最小秤量、最大允许误差转换点所对应的载荷（或接近最大允许误差转变点）、最大秤量。利用计算机将仪器加卸载生成的TXT文件转换为Excel文件，并将数据导入至电子天平电子原始记录模板的数据页中对应标准载荷框格的灰色区域（图1），其余部分利用Excel软件编辑好的公式进行相应的计算和判断，原始记录表格中设置数据保护功能，保证数据的安全性。利用E2等级标准砝码对一台Max= 210 g，d=0.1 mg，e= 1 mg，TE214S 型 级的 Sartorius高精密电子天平的检测过程，来说明电子天平电子原始记录的生成过程。
图1为天平检定示值误差测试，实验载荷数据，依据天平铭牌信息中天平等级及检定规程设定要测的测量点，图1中灰色区域为测试生成的Excel文件直接导入的数据，加卸载误差计算公式为
式中：Ec—— 加卸载误差，g；
E0—— 零点附近加卸载误差，g；
I—— 加卸载示值，g；
L—— 实验标准载荷值，g；
e—— 检定分度值，mg
相应分段范围示值误差的数据来源为加载误差和卸载误差中绝对值最大值，示值误差数据框格进行条件格式的有效设置。如果示值误差未介于相应允差范围内，则框格背景显示为蓝色，如果介于，则框格背景显示白色，如图1所示。
针对电子天平的校准示值误差测试，应该附有被校天平示值数据，其校准示值的计算公式为：
式中：I′—— 被校天平示值，g；
I—— 加卸载示值，g；
ΔE—— 相应标准器修正值，mg
如图2所示为天平校准时的示值误差测试。
2.2 偏载误差测试
如图3所示为电子天平偏载误差测试，依据JJG 1036-2008电子天平计量检定规程规定，天平应具有零点跟踪装置，零点跟踪装置出厂默认为开启状态，零点误差是零点附近的示值误差。偏载误差的测试为对零点修正后的修正误差，故偏载误差的测试载荷应包括零点载荷及1/3（最大秤量+最大加法除皮效果）的实验载荷。零点误差或零点附近误差利用10e载荷点来确定。
图1 天平检定示值误差
图2 天平校准示值误差
误差数据中加载误差按式（1）计算；偏载误差数据是通过选取相应允差范围内各示值误差绝对值的最大值来确定。并将偏载误差数据框格进行条件格式的有效设置，如果示值误差未介于相应允差范围内，则框格背景显示为蓝色，如果介于，则框格背景显示白色，本文偏载测试载荷点为100 g，如图3所示。
2.3 重复性测试
如图4为天平重复性误差测试，天平重复性测试要求同一载荷多次测量结果的差值不大于该载荷点下最大允许误差的绝对值，实验载荷选取80%～100%最大秤量的单个砝码。示值误差及最大允差范围的选取与偏载误差测试中相应数据列的计算方法相同，此处不再赘述。重复性误差的计算是通过选取相应允许误差范围内最大与最小示值误差差值来确定的，重复性误差计算公式为
图3 天平偏载误差
式中：Emax—— 最大加载误差，g；
Emin—— 最大加载误差，g
重复性测试载荷点为200 g，如图4所示。
图4 天平重复性误差
3 结果页
3.1 检定证书结果页
结果页设计包括检定结果页和校准结果页。检定证书结果页中显示检定结果是否满足相应检定技术要求，即是否合格。如图5为检定结果页图。检定证书结果页包括：检定项目、技术要求、检定结果。检定结果数据取自相应检定项目结果，检定结果数据各框格进行条件格式的有效设置。如果示值误差未介于相应允差范围内，则框格背景显示为蓝色；如果介于，则框格背景显示白色。
图5 检定证书结果页
3.2 校准证书结果页
校准证书结果页不仅需要显示被校天平各测量点示值，而且需要求解被校天平示值误差的扩展不确定度。如图6为校准结果页图，被校天平示值列数据关联自示值误差测试中相应结果。扩展不确定度U的来源主要包括：测量重复性引入的标准不确定度、电子天平分辨力引入的标准不确定度、电子天平偏载引入的标准不确定度、标准砝码质量ms引入的标准不确定度。本文以一台Max= 210 g，d=0.1 mg，e= 1 mg，TE214S 型 级的 Sartorius高精密电子天平的200 g称量点举例说明。
3.2.1 测量重复性引入的不确定度u（m）的评定
输入量m的标准不确定度来源于天平的测量重复性，用一组砝码通过连续测量得到测量数据，采用A类方法进行评定。在重复性条件下连续测量10 次，得到测量数据为：200.000 0 g，200.000 1 g，200.000 0 g，200.000 0 g，200.000 0 g，200.000 0 g，200.000 1 g，200.000 0 g，200.000 0 g，200.000 0 g。
由测量重复性导致的测量结果的标准不确定度为
u(m) =s= 0.032 7 mg
在Excel软件计算表中用公式求解u（m）：
STEVD（200.0000，200.0001，200.0000，200.0000，200.0000，200.0000，200.0001，200.0000，200.0000，200.0000）
3.2.2 电子天平分辨力引入的不确定度
3.2.3 电子天平偏载引入的不确定度
3.2.4 标准砝码质量引入的不确定度
标准砝码质量引入的不确定度采用B类方法进行评定。标准砝码为E2等级200 g砝码，其扩展不确定度为 0.10 mg，包含因子k= 2，则偏载引入的不确定度为
3.2.5 合成标准不确定度的评定
由于u(m) ＞u(d)，故合成标准不确定度uc(m)的计算公式为
图6 校准证书结果页
在Excel软件计算表中用公式求解uc(m)：
3.2.6 测量结果的扩展不确定度评定
4 结语
本文依据电子天平计量检定规程JJG 1036-2008及工作经验，利用Excel软件制作了电子天平电子原始记录模板，实现了数据自动化计算、超差判别与主动提示。不仅减轻检定人员的工作量，降低了人为差错，而且解决了电子天平纸质版原始记录不易保管、不便查询及处理效率低等问题，有效提高电子天平检校效率，为电子天平原始记录的电子化推广和应用提供借鉴。
