数字指示秤示值误差测量结果的不确定度评定

数字指示秤示值误差测量结果的不确定度评定

孟淦

安徽省长江计量所

摘要：通过对150kg电子台秤的误差分析，依据JJG539-2016《数字指示秤检定规程》，JJG99-2006《砝码检定规程》和JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，对其示值误差进行不确定度评定。

关键词：电子台秤；测量结果；不确定度评定

1概述

1.1测量依据

JJG539-2016《数字指示秤检定规程》

JJG99-2006《砝码检定规程》

JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

1.2测量环境

温度（20±5）℃，相对湿度≤70%。

1.3测量标准

M1等级标准砝码，规格：1g~20kg，最大允许误差（MPE）：±（1mg~1g）,砝码总质量5000kg，标称质量相当于0.1e的小砝码10个。

1.4被测对象

表一

型号为TCS-150数字指示秤，最大秤量（max）为150kg，最小秤量（min）为1kg。检定分度值（e）为50g，中准确度级，其秤量与最大允许误差如表一所示。

1.5测量过程

数字指示秤测量时，采用标准载荷加载和卸载的方法，读取显示器示值，其与标准载荷标称值之差为示值误差。具体方法是秤盘上的载荷L，示值I，逐渐添加0.1e的载荷，直至示值有了明显地增加了一个e，变成了（I+e）,所添加的载荷为ΔL，则化整前的示值为P=I+0.5e-ΔL,化整前的示值误差为E=P-L=I+0.5e-ΔL-L。

1.6评定结果的使用

本次不确定度评定在数字指示秤25kg，100kg，150kg三个不同秤量点进行。在符合上述条件下的测量，一般可直接使用不确定度评定结果，其他秤量点的示值误差不确定度评定可参照本评定方法。

2测量模型

式中:

E——化整前的示值误差；

P——化整前的示值；

I——示值；

L——载荷；

——附加载荷。

3不确定度传播率

由测量模型公式得到不确定度传播公式：

式中:

u(E)——示值误差的测量不确定度；

u(I)——示值引入的不确定度分量；

u(L)——载荷引入的不确定度分量；

u()——附加载荷引入的不确定度分量。

由于在实际测量中附加砝码的值很小，对测量值不确定度影响很小，可以忽略不计。因此不确定度传播率按下式计算

4灵敏度系数

5标准不确定度评定

5.1由数字指示秤示值引入的标准不确定度分量的评定u(I)

测量重复性引入的标准不确定度u1(I)

5.1.1由测量重复性引入的标准不确定度分量u1(I)的评定

采用A类评定方法，在重复测量条件下，用载荷对数字指示秤进行三次连续测量，得到实测值：

（1）25kg时（500e）：

测得值为25.005kg，25.010kg，25.005kg，极差R=(25.010-25.005)=5g，估计服从正态分布，则单次测量值的实验标准差s为：

s=R/C=5/1.69=2.96g

则测量估计值的标准不确定u1(I500e)为：

（2）100kg时（2000e）：

测得值为100.010kg，100.020kg，100.020kg，极差R=(100.020-100.010)=10g，估计服从正态分布，则单次测量值的实验标准差s为：

s=R/C=10/1.69=5.92g

则测量估计值的标准不确定u1(I2000e)为：

（3）150kg时（最大秤量）时：

测得值为150.010kg，150.020kg，150.020kg，极差R=(150.020-150.010)=10g，估计服从正态分布，则单次测量值的实验标准差s为：

s=R/C=10/1.69=5.92g

则测量估计值的标准不确定u1(Imax)为：

5.1.2由分辨力引入的不确定度分量u2(I)的评定

数字指示秤分度值为50g，采用闪变点方法可使数字指示秤的分辨力变为5g，则区间半宽度a=2.5g，服从均匀分布，包含因子

因此：

5.1.3数字指示秤示值引入的标准不确定度分量一览表（表二）

表二示值引入标准不确定度分量

5.1.4合成标准不确定度u(I)的评定

（1）25kg时（500e）：

（2）100kg时（2000e）：

（3）150kg时（最大秤量）：

5.2由载荷引入的标准不确定度分量u(L)的评定

根据JJG99-2006《砝码》检定规程，25kgM1等级砝码的最大允许误差为±1.25g，100kgM1等级砝码的最大允许误差为±5g，150kgM1等级砝码的最大允许误差为±7.5g。服从均匀分布，包含因子，因此：

（1）25kg时（500e）：

（2）100kg时（2000e）：

（3）150kg时（最大秤量）：

6标准不确定度分量汇总表（表3）

表3标准不确定度分量汇总表

7合成标准不确定度的评定

各输入量彼此独立不相关。因此，合成标准不确定度为：

（1）25kg（500e）时：

（2）100kg（2000e）时：

（3）150kg（最大秤量）时：

8扩展不确定度的评定

依据JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示的要求，通常取包含因子k=2。因此，数字指示秤在25kg（500e），100kg（2000e），150kg（最大秤量）秤量点的扩展不确定度为：

（1）25kg（500e）时：

（2）100kg（2000e）时：

（3）150kg（最大秤量）时：

9扩展不确定度的验证

（1）数字指示秤在25kg（500e）秤量点时，最大允许误差是±25g，测量值扩展不确定度U500e=4.7g，U500e＜MPE/3，因此利用此标准对数字指示秤进行校准可行。

（2）数字指示秤在100kg（2000e）秤量点时，最大允许误差是±50g，测量值扩展不确定度U2000e=9.4g，U500e＜MPE/3，因此利用此标准对数字指示秤进行校准可行。

（3）数字指示秤在150kg（最大秤量）秤量点时，最大允许误差是±75g，测量值扩展不确定度U500e=11.4g，Umax＜MPE/3，因此利用此标准对数字指示秤进行校准可行。

参考文献：

[1]JJG 539-2016，数字指示秤国家计量检定规程[S].中国质检出版社.

[2]JJG 99-2006，砝码国家计量检定规程[S].中国质检出版社.

[3]JJF 1059.1-2012，测量不确定度评定与表示[S].中国质检出版社.