众渊评：衡器检定中“标准砝码替代“的可操作性分析

上海众渊 2021.05.17

摘要
上述过程在“标准砝码的替代 ”实施过程 中，砝码的准备量不**要求 50％**秤量。标准砝码的准备量可大幅度降低 了，给用户及检测部 门提供方便。由此对受检衡器的性 能提出了比较严苛 的要求。不仅重复性要好 ，而且替代点 的误差也受到限制。但 由于需多次测试重复性性能 ，也导致装 卸标准砝码 的工作量增加不少。

在对衡器进行计量检测、量值传递时，标准砝码经常需要不断地组合。在实际工作中，衡器量程从几十千克到数十 吨，对其进 行检测是相 当繁琐 的。为 了解决这个问题 ，人们一直尝试利用其它办法简化衡器的检定程序 ，但是受质量单位标准定义和误差理论的限制 ，到 目前为止使用标准砝码对衡器进行检测仍是的方法。

   JJG 555 —1996 《非自动秤通用检定规程》(以下简称“JJG 555 —1996 规程”)给出了“标准砝码的替代”方法 ，即：在具备少量标准砝码 的前提下 ，利 用恒定物替代 标 准 砝 码 的 检 测 方 法⋯。JJG 555 —1996 规 程4．6．2 条款指 出：“当被测试 秤** 大秤量 大于 1 t 时 ，可使用其他恒定载荷替代标准砝码”对衡器进行检定 。

1、问题的提出
规程并没有明确指 出实施“标准砝码 的替代”的关键是什么。JJG 555 —1996 规程 4．6．2 条款指 出“当被测试秤**秤量大于 1 t时，可使用其他恒定载荷替代标准砝码 ，前提是**少具备 1 t标准砝码 ，或是**秤量 50％的标准砝码，两者中应取其大者。在以下条件下 ，标准砝 码 的数 量 可 以减少 ，而 不是 ** 秤 量 的50％。若重复性误差不 大于 0．3e，可减少****秤量的 35％。若重复性误差不大于 0．2e，可减少**** 大秤量 的20％。重 复性误 差是将 约为** 大秤量 50％ 的砝码 ，在承载器上施加 3 次来确定的。”但这一条款存在着如下几个问题 ：①检测衡器时 ，标准砝码的准备量多少**合适? ②重复性误差与“标准砝码的替代”的关系是什么? ③能否实施“标准砝码的替代”的关键是什么?

如何看待存在的问题

2．1 标准砝码的准备量
实施“标准砝码 的替代”理应大幅度 的减少标准砝码准备量才**有实际意义 ，尤其在近百 吨、大秤量 的衡器检定中。假设检定现场需要准备 的标准砝码与衡器需要检定的量程相差不多，再使用“标准砝码的替代”去检定衡器 ，就失去了替代标准砝码的意义。计 测 技 术  经验与体会

衡器是一种可以长期使用 的计量仪器 。对衡器检定来说 ，检定 只有一次 ，**多 的是 随后检定 。检定使用**多的标准砝码能**好地对衡器性能进行评定，但随后检定就相对简单。JJG 539 —97《数字指示秤检定规程》、JJG 13 —1997《模拟指示秤检定规程》、JJG 14 —1997 《非自行指示秤检定规程》等三个子规程

6．1 条款中“随后检定”中，均给出“其中，称量测试可根据实际使用情况 ，如果不测试 ****秤量 ，**少测试** 2／3 **秤量 ”的字样  J。这也就是说 除检定外 ，随后检 定可 以检 定到** 大满量程 的 2／3 即可 ，实际也正如此。

然而 JJG 555 —1996 规程 4．6．2 条款几 乎 明确要求 ：50％ (1／2 )秤量 的标 准砝码是 一个不可 逾越 的下限。[(2／3 ) 一(1／2) ]秤量 = (1／6 )秤量 = 16．7％秤量。按照此推算恒定物的使用量只有 16．7％秤量余量，这样实施“标准砝码的替代”实际意义不大。

2．2 重复性误差与标准砝码替代的关 系
重复性误差是评价计量仪器的一个重要指标 ，衡器也不例外。一台衡器的重复性会随着使用条件等变化而变化。JJG 555 —1996 规程 4．5．1 及 11．4．9 条款“对 同一载荷 ，多次称量所得结果之差 ，应不大于该秤量的**允许误差的**值”也就规定每次都需要重**进行重复性检定 ；重复性**是建立在计量准确性之上的，没有计量准确性就无法获得准确的重复性误差。这意味着现场需要提供 50％的标准砝码才能进行重复性误差测试 ；也意味着实施“标准砝码的替代”时是无法利用上周期的重复性结论的，需要现场重**进行重复性误差测试。这种隋况，再谈论标准砝码“若重复性误差不大于0．3e，可减少****秤量的35％；若重复性误差不大于0．2e，可减少****秤量的 20％。”就没有实际意义了。

JJG 555 —1996 规程 4．5．1 条款 “重复性”指 出“对同一载荷 ，多次称量所得结果之差 ，应不大于该秤量的**允 许误 差 的**值 ”；11．4．9 条款 “重复 性测试”指出：“进行两组测试 ，分别在约 ／2 **秤量和接近**称量。”对重复性既提出了要求，也提出了测试的方法 。这里的重复性是对衡 器整体性能进行评定的一个重要指标 。这里得 出的重复性误差结论 与“标准砝码的替代”里所引用的重复性要求其实具有**不同的含义。前者是衡 器检定 时对衡器进行评定 的一个**要技术指标 ，是一个概括性 的指标 ；后者是利用重复性的优劣来确定“标准砝码的替代”能否顺利进行的**要条件。衡器的重复性好，甚**重复性误差为“0”，“标准砝码 的替代 ”也不** 可以进行。在实施 “标准砝码的替代”时 ，关键是替代点的重复l生好坏 ，能否完好复现被替代的标准砝码的作用。由 1I．4．9 条款“重复l生测试 ”得 出来 的重复性数据不等于替代点的重复性状态。我们无法**重复性数据与衡器的量程具有严格的线性关系 ，不论衡器的性能如何。替代点的重复性数据是关乎到“标准砝码 的替代 ”能否实施 的一个重要条件。

2．3 “标准砝码的替代”之关键“标准砝码的替代”能否在衡器检定过程 中得到很好实施 ，能否真正减 少标 准砝码准备量 ，关键 点是要确定 由此过程进行 的衡器检定应能与仅使用标 准砝码的过程**等 同。

正如本文前面所述 ，人们尝试替代标准砝码检定衡器 的几种方法不 能实施 ，关键是这些方法 引入 的误差** 出了衡器检定对标准物误差 的要求。因此 ，严格分析“标准砝码 的替代 ”法检定衡器这一过程引入的误差才是实施“标准砝码的替代 ”**须进行 的工作。误差理论指出受检仪器的综 合误差来源于标准物的误差、读数误差 、测试方法误差等叠加结果。在衡器检定过程中，衡器误差形成 的来源大致有 ：

①由于各种原因在衡器检定中，会有读数误差即E谚=0．1e；②标准砝码带来的总误差。JJG 555 —1996 规程 4．6 条款要求“检定秤用的标准砝码的误差 ，应不大于秤相应 秤量** 大允许误差 的／3”。那么标准砝码的累计误差会是多少?以 3 级秤 为例 ，其分 度数基本是 n = 3000 左右。500e 和 2000e 是允差 台阶转换 点 (相对允差 比较严格 ，检定 规程 规 定 **检 点 ) ，同时 2／3 ** 大 秤 量 基本 和2000e 重合或小于 2000e(2／3 **秤一般不会再进行“标准砝码的替代”)，故 500e秤量点**关重要，我们以此点进行误差分析。目前 M 1，M 12 两个等级的标准砝码是衡器检定用的主要标准物。

以常见的 5 t 电子 台秤 为 例 ，此 时：  一 = 5 t，e = 2 kg，n = 2500。秤量 500e = 1 t，为 ** 大秤量 的20％ ，此时秤的允许误差是 ±0．5e = ±1000 g。标准砝码的总误差 为 50 g = 0．025e，仅 为允许误 差 的 1／20 ，远优于 1／3 允差标准 6 倍 。

另一常见 的 10 t 电子 台秤为例 ，这时 ：M  = 10t，e=5 kg，n = 2000。秤量 500e= 2．5 t ，为**秤量的 25％，此时秤 的允许误差是 ±0．5e = ±2500 g。此时标准砝码的总误差 为 125 g = 0．025e，仅为允许误差 的1／20 ，远优于 1／3 标准 6 倍 。经验与体会  2016 年第36 卷第2 期如果在这点实施“标准砝码的替代”就应考虑此处的重复性问题。扣除读数误差(0．1e)、标准砝码带来的误差(O．5e 一0．1e 一0．025e = 0．375e)，则 留给重复性误差 的空间不大于 0．375e。这样才能**替代后不偏离标准砝码的**范围。

为了**具广范意义 ，下面以 100 t 的电子汽车衡为例再进行标 准物 的误 差分析 ，此时  = 100 t，e =5O kg ， = 2000。秤 量 500e = 25 t ，为 ** 大秤 量 的25％ ，允许误差是 士0．5e = ±25 kg。此时标准砝码 的总误差为 2．5 kg = 0．05e，仅为允许误差的 1／10 ，远优于 1／3 允差标准 3 倍。同样需要考虑此处的重复性问题。扣除读数误差(0．1e) 、标准砝码带来 的误差 (0．5e 一0．1e 一0．05e =0．35e)，则 留给重复性误差的空间不大于 0．35e。“标准砝码 的替代”能否顺利进行 ，应 以替代后衡器检定能否满足误差理论为标准。JJG 555 —1996规程 4．6 条款应得到满足 。由于衡器本身复性指标的不确定性，实现“标准砝码的替代”**然要引入方法误差，替代是方法误差的

主要来源 ，因此在“替换点”需要进行重复性检测 ，来决定“标准砝码 的替代”这一过程能否顺利完成 。由于替代物在本次替代后要替换标 准砝码并延续 到以后秤量的检定中，因此在替换过程 中“替换点”的重复性误差也**然叠加到以后总的标准物中。现在替换前标准物的误差为 E 标，替换点重复性误差为 E重，那么替换后充当标准物的恒定载荷误差 E替，则有 榭= E 橱+ E 彰+ E 镦(E 重0 = 0 ，E 替0 ：0 ，J ：i + 1 ，i=0 ，1，2 ，⋯)。这就是一种辩证的递推关系，标准砝码的使用量的减少**会 以损失某种性能为代价。在本次“标准砝码的替代”过程中，由于重 复性误差 的介入 ，使得标准物的误差**了，甚** E 替不能满足 JJG 555 —1996 规程 4．6 条款要求。但是此时的替代物与标准砝码所形成的标准物(包含标准砝码和恒定载荷)的误差不能由JJG 555 —1996 规程 4．6 条款来限制。因为恒定物不是标准砝码而仅是“标准砝码的替代”中的替代物而已。
3 实施“标准砝码的替代"的具体步骤之建议根据多年的实践经验，利用“标准砝码的替代”对衡器进行检定可按下列步骤进行 ：

**步 ，利用现场所 能利用的标准砝码 ，按 照规程的要求对衡器进行计量准确性测试 即相应测试 ，只要求具备 1 t标准砝码不再对标准砝码的准备量进行其他限制。

第二步，如果计量准确性满足允差要求，即可对现场标准砝码所能达到的秤量点进行重复性测试 ，并记 录为 E 重。计算 E 勘= E 橱+ E 重『十层 (E 重0 = 0 ，E 替0=0 ，J = i+ 1，i= 0 ，1，2 ，⋯)如果 E + E 勘≤mpe 或 E 。+ E 替  rape，E 为测量误差 ，E 为修正误差 ，mpe 为误差范 围。由恒定 物对标准砝码进行替换 ，然后可利用标准砝码继续进行下一秤量的检定 ；否则 即可得 出本 次利用 “标 准砝码 的替代 ”的计量检定 ，被检定衡器不合格 ，或者得 出“标准砝码的替代”的计量检定不适合本台受检衡器。**检定秤量达到 2／3 **秤量 ，检测工作结束 ，对本次检测工作给出结论 。

第三步 ，重复第二步并利用公式 E 勘：E 橱+ E 重『+E 替 (J = i+ 1，i= 1，2 ，⋯) ，可反复进行 “标准砝码的替代”直**计量准确性检定程序完成。

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