對重復(fù)替代法檢定電子秤的探索
JJG539 - 1997 規(guī)定,在沒有足夠的檢定砝碼時(shí),可采用替代法進(jìn)行檢定,但沒有明確具體的替代方法。本文通過理論分析和實(shí)際驗(yàn)證,得出重復(fù)替代法比單次替代法具有更好的實(shí)用性和可操作性。
1.引言
此方法我們稱為重復(fù)替代法。測試原理可用圖 1 表JJG539 - 1997《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程 ( 以下簡稱 示:《規(guī)程》) 規(guī)定,在滿足一定條件下,檢定大噸位電子秤時(shí),可以使用實(shí)物替代砝碼檢定。規(guī)程使用的單次替代法,替代次數(shù)多,工作量大,使用不方便。我們通過實(shí)踐,總結(jié)出了一種重復(fù)替代法,不僅減少了替代次數(shù),而且符
合量值傳遞要求。
2.重復(fù)替代法
重復(fù)替代法的檢定步驟:
( 1) 使用不小于電子秤最大稱量的 20% 砝碼 m,放在被檢電子衡器上,顯示值為 I1 。添加小砝碼△m1 ,找出 I1 + e 閃變點(diǎn)并記錄,從而滿足替代物方程: limf( m+ m1 ) = I1+ e。
( 2) 首先保持△m1 不變,從電子秤上卸下砝碼 m( 注: 當(dāng)電子秤有零點(diǎn)跟蹤時(shí),一定先加替代物 T1,再卸砝碼 m) ,然后添加質(zhì)量為 T1 的替代物,直至電子秤剛好顯示 I1 時(shí),改用質(zhì)量為△T1 的較小替代物,添加找出閃變點(diǎn) I1 + e,從而滿足替代物方程: limf ( T1+T1+m1 ) = limf( m + m1 ) = I1 + e,也就有 limf( T1+T1)=m。
( 3) 保持 T1 和△T1 不變,卸下△m1 ,再在電子秤上放上 m,電子秤顯示 I2 ,添加 △m2 找出閃變點(diǎn) I2 + e 來。此時(shí),保存 T1 和△m2 不變,從電子秤上卸下 m 和△T1 ,再在電子秤上放上 T2 ,稱顯示為 I2 ,用△T2 找出I2 + e 閃變點(diǎn)。從而滿足替代物方程 limf( T1 + T2 +T2)= 2m。
( 4) 以此類推,重復(fù)步驟( 3) 直至最大稱量,可得:
此方法我們稱為重復(fù)替代法。測試原理可用圖 1 表示。
3.單次替代法和重復(fù)替代法的比較
3. 1 單次替代法檢定通式
根據(jù)《規(guī)程》第 5. 2. 4. 3 款描述方法,以最大稱量20% 砝碼,通過 4 次單次替代 1 次稱量到最大稱量為例,可以得到單次替代法的通式:
( 1) 使用不小于電子秤最大稱量的 20% 砝碼 m,放在被檢電子衡器上,顯示值為 I1 。添加小砝碼△m1 ,找出 I1 + e 閃變點(diǎn)并記錄。
( 2) 首先保持△m1 不變,從電子秤上卸下砝碼 m,然后添加質(zhì)量為 T1 的替代物,直至電子秤剛好顯示 I1時(shí),改用質(zhì)量為△T1 的較小替代物,添加找出閃變點(diǎn) I1 +e,從而滿足替代物方程: limf( T1+T1 + m1 ) = limf( m+ m1 ) = I1 + e,也就有 limf( T1 +T1 ) = m。
( 3) 保持△m1 不變,從電子秤上卸下替代物,得到limf( T1 + T1 ) = m 的替代物質(zhì)量。完成一次單次替代。 ( 4) 保持△m1 不變,添加質(zhì)量為 T2 的替代物,直至電子秤剛好顯示 I1 時(shí),改用質(zhì)量為△T2 的較小替代物,添加找出閃變點(diǎn) I1 + e,得到 limf( T2 + T2 ) = m 的替代物質(zhì)量。
( 5) 重復(fù)步驟( 4) 替代二次,得到 limf( T3 +T3)=limf( T4+ T4 ) = m 的替代物質(zhì)量。
( 6) 把替代四次的質(zhì)量全部以及標(biāo)準(zhǔn)砝碼 m 一起添加到承載器上,添加小砝碼△m5 ,找出閃變點(diǎn),得到:
limf[( T1 + T1 )+( T2 + T2 ) + ( T3+ T3 )+ ( T4 +T4 ) + m + m5]= Tmax (2)
其中: T1 、T2 、T3 、T4 —最大稱量 20% 的替代物;Tmax —電子衡器最大稱量;ΔT 、 T 、 TT 、 m-找 I+ e 閃變點(diǎn)所添加的小砝碼;
m—M1 級 20% 最大稱量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼。
由此可見,該方法要求有足夠的替代物堆放場地,并且不能一次完成各稱量段的檢定,加上需要多次搬運(yùn)替代物,增加了工作量和替代物的不確定性。
3. 2 重復(fù)替代法檢定通式
重復(fù)替代法核心是找出了以 20% 的 M1 級標(biāo)準(zhǔn)砝碼 m 的替代物作為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的倍率關(guān)系。以下通過以最大稱量 20% 砝碼,通過 4 次重復(fù)替代 1 次稱量到最大稱量為例:
重復(fù)替代法的測量方法及步驟參見本文第 2 部分,通過 4 次重復(fù)替代 1 次稱量可得:
limf( T1 + T2 + T3 + T4 + T4 + m + m5 ) = Tmax ( 3)
比較( 2) 、(3) 兩個(gè)通式,不難看出通式( 3) 是最簡單的。這是由于檢定過程中,替代物放到電子秤上后就不卸下,避免重復(fù)搬運(yùn)替代物,增加了工作量和替代物的不確定性,只需要通過標(biāo)準(zhǔn)砝碼在電子衡器上加載或卸載,就可以對電子秤的各測量段的誤差,一次檢定完成,大大減輕了檢定工作量。
4.重復(fù)替代法的驗(yàn)證
選用一臺準(zhǔn)確度等級Ⅲ,分度值為 50g,最大稱量為100kg 的電子秤。用 m = 20kg 砝碼,采用公式( 1) 規(guī)定的重復(fù)替代法對此電子秤量程的 20% 、40% 、60% 、80%點(diǎn)分別檢定 10 次,找閃變點(diǎn)所用的小砝碼是檢定合格的 M1 等砝碼,替代物 T1 、T2 、T3 、T4 ,用一臺分度值為 50g,最大稱量為 32100g,d = 0. 1g 的電子天平進(jìn)行稱量,測得數(shù)據(jù)見表 1。
由以上表格可以看出: T1 + △T1 ≈m T1 + T2 +△T2 ≈2m
T1 + T2 + T3 + △T3 ≈3m T1 + T2 + T3 + T4 + △T4 ≈4m
根據(jù)《規(guī)程》第 3. 4. 1、3. 7. 0 款要求,使用的替代物檢定電子衡器時(shí),必須滿足替代物誤差小于該量程段對應(yīng)最大允許誤差的三分之一的條件,從表 1 可見替代物在不同測量段的最大誤差為:
20% 最大稱量處, - 8. 3g≤ ± ( 1 /3 × 0. 5 × 50) g± 8. 33g;40% 最大稱量處, - 7. 4g≤ ± ( 1 /3 × 50) g = ±16. 67g60% 最大稱量處, - 11. 8g≤ ± ( 1 /3 × 50) g = ±16. 67g;80% 最大稱量處, - 12. 8g≤ ± ( 1 /3 × 50) g = ± 16. 67g。能夠滿足《規(guī)程》程對替代物最大誤差的要求,可以用來量值傳遞。
5.重復(fù)替代法在檢定中的實(shí)際應(yīng)用
根據(jù)《規(guī)程》第 5. 2. 4 對稱量性能測試的要求,采用重復(fù)替代法檢定稱量性能的步驟及檢定數(shù)據(jù)如表 2 所示:
由此可見,根據(jù)現(xiàn)有的砝碼量 m,采用組合部分砝碼 ( mi < m) ,根據(jù)公式( 1) 可以演變出格式:nlimf( ∑Ti + Tn + m + mn ) ( 4)
i = 1
通過公式( 4) 可以實(shí)現(xiàn)從最大稱量的 20% 到最大稱量的必檢點(diǎn)的誤差檢定,在標(biāo)準(zhǔn)砝碼不夠的情況下仍能有效地實(shí)現(xiàn)對電子秤的檢定。這正是重復(fù)替代法的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),具有很好的實(shí)用性和可操作性。
6.誤差比較
在相同的條件下,對同一臺準(zhǔn)確度等級為Ⅲ,分度值為 50g,最大稱量為 100kg 的電子秤,分別使用最大稱量 20% 的砝碼,采用的重復(fù)替代法檢定,與使用 100% 的砝碼的常規(guī)檢定,比較兩種測量方法得出稱量測量段的進(jìn)程和回程誤差,如表 3 所示:
由此可見,兩種方法不僅檢定結(jié)果一致,而且兩種方法檢定結(jié)果之差,符合《規(guī)程》第 3. 5 條款稱量結(jié)果間的允許誤差規(guī)定。
7.結(jié)束語
采用重復(fù)替代法時(shí),已加載到電子秤上的替代物,在檢定過程中保持不動(dòng),只通過加載和卸載準(zhǔn)砝碼,實(shí)現(xiàn)對電子秤的全量程檢定,不僅降低了對試驗(yàn)場地的要求,,減輕了工作量,提高工作效率,而且替代物最大誤差符合《規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,滿足電子秤檢定要求。