論汽車衡檢定中實現“標準砝碼的替代”之關鍵
由于汽車衡的秤量不斷的擴展,實際工作中工作量較大或者實現較困難。“標準砝碼的替代”就是利用恒定物代替砝碼實現地磅的檢定。本文按照汽車衡相關規程的規定結合誤差分析,提出了如何更合理的實現“標準砝碼的替代”在汽車衡檢定的運用。
質量是物體所含物質的多少,是世界萬物發展變化的根本。研究世界就離不開對物質的研究,對質量進行計量也就成了最基本的科學研究之一。因此質量的計量單位就成了國際單位制中七個最基本的單位之一—千克。
千克:用鉑銥合金 (10%Ir 加 90%Pt) 制成一個高度和直徑都是 39mm 的圓柱體,在 1819 年國際計量大會上批準為國際千克原器。千克是最后一個通過人造物質,而不是基本物理屬性定義的重要標準,國際千克原器是當今千克的標準。在國際單位制里,除了 “千克 ”,其余 6 個單位“米”、“秒”、“安培”、“摩爾”等都不是以物體來定義的,質量是唯一一個以物體來定義的國際單位。相比其他基本單位,質量標準在量值傳遞中給人們帶來了諸多不便。
最初,由于汽車衡計量范圍相對較小,利用標準砝碼對汽車衡進行檢定相對容易。但是,隨著近現代人類社會的快速發展,地磅的量限不斷擴大,到目前 1000000kg (100t) 的汽車衡變成非常普遍。用標準砝碼對汽車衡進行計量檢定,也就很麻煩。人們一直試圖尋找其他可以代替標準砝碼的方法以期達到檢定汽車衡的目的,比如使用較少的砝碼配合反力架、利用大力值高精度的傳感器等等。然而受到質量本身精度的限制,尚不能達到替代標準砝碼對汽車衡進行檢定的目的.
為了解決這個難題,JJG 555- 1996 《非自動秤通用檢定規程》 4.6.2 條款提出了“標準砝碼的替代”的方法。規定:“當被測試秤最大秤量大于 1t時,可使用其他恒定載荷替代標準砝碼”對汽車衡進行檢定。這就明確了使用其他恒定載荷的方法代替標準砝碼對汽車衡進行檢定的方向。我們就應該充分利用好這一規定。
但是如何使用好此方法,實際應用中卻存在模糊的認識誤區.JJG555-1996”4.6.2條款指出“當被測試稱量最大秤量大于1t時,可使用其他恒定載荷替代標準砝碼,前提是至少具備1t標準砝碼,或是最大秤量50%的標準砝碼,兩者中應取其最大者。在以下條件下,標準砝碼的數量可以減少,而不是最大秤量的50%。若重復性誤差不大于0.3e,可減少至最大秤量的35%。
若重復性誤差不大于0.2e,可減少至最大秤量的20%。重復性誤差是將約為最大秤量50%的砝碼,在承載器上施加三次來確定的。這一款的出現,使得實施替代法變得非常復雜。 | |||
第一個問題是標準砝碼的準備量。“標準砝碼的替代”應該是基于在大秤量的地磅檢定中,標準砝碼的準備量可以大幅度減少才更有實際意義。 | |||
如果需要準備的標準砝碼與汽車衡需要檢定的量程相差不多,按 4、6、2 的要求利用“標準砝碼的替代”去檢定汽車衡也就失去了替代標準砝碼的意義。 | |||
汽車衡首次檢定只有一次,更多的是隨后檢定。在 JJG 539- 97 《數字指示秤檢定規程》、 | |||
JJG 13- 1997 《模擬指示秤檢定規程》、JJG 14- 1997《非自行指示秤檢定規程》 6.1 條款中“隨后檢定”中均給出“其中,稱量測試可根據實際使用情況,如果不測試至最大秤量,至少測試至 2/3 最大秤量”的字樣。這也就是說除首次檢定外,隨后的檢定可以檢定到最大滿量程的 2/3 即可。 | |||
但是,“JJG 555- 1996”4.6.2 條款指出“重復性誤差是將約為最大秤量 50%的砝碼,在承載器上施加 3 次來確定的。”這樣問題就來了。 | |||
一臺汽車衡的重復性不是一成不變的。在實際使用中,隨著各種因素的變化,一般重復性都在變化,規程也就規定每次檢定都需要重新進行重復性檢定。在使用“標準砝碼的替代”時是無法利用上周期的重復性結論的。同時我們知道重復性一定是建立在計量準確性之上的。既然需要使用 50%的標準砝碼來做重復性,那距離 67%的最大秤量也就相差不遠了。這樣替代的意義就大打折扣了,“標準砝碼的替代”實際操作起來意義不大。 | |||
第二個問題是“標準砝碼的替代”的量的減少。“JJG 555- 1996”4.6.2 條款也指出:“在以下條 | |||
件下,標準砝碼的數量可以減少,而不是最大秤量的 50%。若重復性誤差不大于 0.3e,可減少至最大秤量的 35%。若重復性誤差不大于 0.2e,可減少至最大秤量的 20%。重復性誤差是將約為最大秤量 50%的砝碼”這也存在一個問題,現場都已經用最大秤量 50%的砝碼去做重復性了,還談什么“標準砝碼的數量可以減少”。 | |||
第三個問題,重復性測試與“標準砝碼的替代”的關系“JJG 555- 1996”4.5.1 條款“重復性”指出“對同一載荷,多次稱量所得結果之差,應不大于該秤量的最大允許誤差的絕對值”與 11.4.9 條款“重復性測試”指出:“進行兩組測試,分別在約1/2 最大秤量和接近最大秤量。”這里的重復性是對汽車衡整體性能進行評定的一個重要指標。這個結論與“標準砝碼的替代”里所引用的重復性具有不同的含義。前者是對地磅進行檢定時一個必要的測試及評價或結論;后者是利用重復性的優劣決定能否進行“標準砝碼的替代”。由 11.4.9 條款“重復性測試”得出來的重復性數據不等于替代點的重復性狀態。因為重復性數據與地磅的量程沒有嚴格的線性關系,盡管目前大部分汽車衡的性能很好。 | |||
因此筆者認為,需要明確重復性指標在“標準砝碼的替代”的作用是什么?如何利用重復性 | |||
指標決定標準砝碼的準備量。 | |||
我們知道“標準砝碼的替代”這一過程能否順利實現,關鍵是要看由此過程進行的地磅檢定 | |||
應等效于僅使用標準砝碼的過程,也就是說并不會因方法的改變而對汽車衡的精度等級評定受到影響。因此,誤差分析才是這一過程順利完成的關鍵所在。 | |||
在我們檢定過程中,受檢儀器的綜合誤差大致是標準物的誤差、讀數誤差以及測試方法誤差等的疊加結果。 | |||
下面分析一下汽車衡檢定誤差是如何合成的。首先,在地磅檢定過程中我們會認為有 E 讀 | |||
=0.1e 的讀數誤差。 | |||
其次,標準砝碼的誤差。3 級秤的分度數基本是 n=3000 左右。500e 和 2000e,是允差臺階轉換點。相對誤差比較嚴格,且是檢定規程規定必檢點。另外 2/3 最大秤量基本和 2000e 重合或小于2000e。因此 500e 稱量點至關重要。我們以此點進行分析。 | |||
“JJG 555- 1996”4.6 條款要求“檢定秤用的標準砝碼的誤差,應不大于秤相應秤量最大允許誤 | |||
差的 1/3”。我們先來看看一般用的標準砝碼的累計誤差是多少? | |||
地磅檢定用的標準砝碼基本是 M1、M12 兩個等級。 | |||
以 5t 的汽車衡為例, Max=5t, e=2kg,n=2500500e=1t,為最大秤量的 20%,允許誤差是±500e=1t,為最大秤量的 20%,允許誤差是±0.5e= ±1000g。 此 時 標 準 砝 碼 的 總 誤 差 為50g=0.025e,僅為允許誤差的 1/20,遠優于 1/3 標準 6 倍,標準砝碼的誤差基本可以忽略不計。 | |||
對 10t 的電子臺秤為例, Max=10t, e=5kg,n=2000500e=2.5t,為最大秤量的 25% ,允許誤差是 ±0.5e= ±2500g。此時標準砝碼的總誤差為125g=0.025e,僅為允許誤差的 1/20,遠優于 1/3標準 6 倍。,標準砝碼的誤差基本可以忽略不計。 上述兩臺秤,使用恒定物替代必須要考慮與標準砝碼替換后的重復性問題。扣除讀數誤差 0.1e, 0.5e- 0.1e- 0.025e=0.375e,因此留給重復性誤差的空間不大于 0.375e,如表 1 所示。 | |||
對 100t的 汽車衡為 例 , Max=100t,e=50kg,n=2000。500e=25t,為最大秤量的 25%,允許誤差是±0.5e=±25kg。此時標準砝碼的總誤差為 2.5kg=0.05e,僅為允許誤差的 1/10,遠優于 1/3 標準 3 倍。標準砝碼的誤差基本可以忽略不計。 100t 汽車衡使用恒定物替代必須要考慮與標準砝碼替換后的重復性問題。扣除讀數誤差 0.1e,0.5e- 0.1e- 0.05e=0.35e,因此留給重復性誤差的空間不大于 0.35e,如表 2 所示。 再次,“標準砝碼的替代”能否順利進行,應以“標準砝碼的替代”后地磅檢定能否滿足誤 差理論是其唯一的標準。“JJG 555- 1996”4.6 條款“砝碼”指出“檢定秤用的標準砝碼的誤差,應不大于秤相應稱量最大允許誤差的1/3”。如何操作替代法去進行汽車衡檢定,這是問題的關鍵。 按照上面的分析來看,由于汽車衡本身重復性指標的不確定性,如果進行“標準砝碼的替代” 引進了方法誤差,故需要在替換點進行重復性檢定,來決定“標準砝碼的替代”這一過程能否完成。由于替代物在本次替代中要替換標準砝碼并延續到以后秤量的檢定中,因此在替換過程中重復性誤差也必然疊加到標準物當中去。 | |||
替換前標準物的誤差為 E 標,替換點重復性誤 | |||
差為 E 重,那么替換后充當標準物的誤差 E 替,則 | |||
E 替 =E 標 +E 重 且 E 替 j=E 標 i+E 重 i (j=i+1,i=1,2 | |||
…)。這就是一種辯證的關系。減少了標準砝碼的 | |||
使用量必然會以損失某種性能為代價。在“標準 | |||
砝碼的替代”過程中,由于重復性的存在,使得 | |||
標準物的誤差加大了。當然對由于經過替代后所 | |||
形成的標準物 (包含標準砝碼和恒定物) 的誤差 | |||
不能用“JJG 555- 1996”4.6 條款來限制。因為恒 | |||
定物不是標準砝碼而僅是替代物。 |
經過多年的實踐經驗,筆者總結出利用“標準砝碼的替代”對地磅進行檢定可按下列步驟進行:第一步,利用現場所能利用的標準砝碼,對地磅進行計量準確性測試;
第二步,如果計量準確性滿足允差要求,即可對現場標準砝碼所能達到的秤量點進行重復性測試,并記錄為 E重。計算 E 替 =E 標 +E 重,如果E+E 重≤mpe 或 Ec+E 重≤mpe,可繼續進行下一秤量的檢定,否則替代法不能進行; (E:測量誤差;Ec:修正誤差)
第三步,利用公式 E 替 j=E 標 i+E 重 i (j=i+1,i=1,2…),可反復進行“標準砝碼的替代”直至計量準確性檢定程序完成。
在上述過程中,可同時進行規程規定的其他項目的檢定。
由此可以看出:在“標準砝碼的替代”實施過程中,砝碼的準備量降低了,給用戶及檢測部門提供方便。但同時對受檢汽車衡的性能提出了比較嚴苛的要求。不僅要求重復性要好,而且替代點的誤差也受到了限制。并且由于需多次測試重復性性能,導致裝卸標準砝碼的工作量增加了。但是,事情就是這樣,一方面的簡化,必然是以另外方面的復雜為代價。
以上就是筆者對實施“標準砝碼的替代”的一點認識,僅供大家參考。