探讨检定电子汽车衡的1000kg砝码搬运问题

                        —— 关于对搬运砝码机械化解决方案的探讨

[摘 要 ] 本文通过对 1000kg（组合） 砝码质量值测量结果不确定度的评定，认证了使用 1000kg（组合） 砝码的理论依据，论证了用叉车叉运 1000kg（组合） 砝码，实现检定电子汽车衡搬运砝码机械化的可行性。

 1 搬运砝码机械化解决方案的回顾
随着我县经济的发展，电子汽车衡已取替传统机械秤 （地秤） 的使用。根据 JJG 539-97 《数字指示秤》 计量检定规程的要求，我所经多年的努力，购置了 M 1 等级 20kg 砝码 60t。在检定电子汽车衡时，砝码都是由人力来搬运的，但由于人员体力有限，受砝码停放在秤面上时间过长等因素的限制，直接影响了检定结果。如何检定质量，充分利用已有的标准资源，2006 年我们采用“搬运砝码机械化解决方案”，即用叉车叉运用M 1 等级 20kg砝码组合成的 1000kg（组合） 砝码行检定，了检定质量、节省人力且提高了工作效率。经多年来的实践，对检定结果没发生何异议，得到用户和生产厂家的认可和欢迎。

 2 1000kg （组合） 砝码
1000kg（组合）砝码就是将 45 个 M 1 等级20kg 砝码（900kg）装入个经质量值标定（100kg）的特制箱体中，组合成个吨砝码（便于叉车叉运），即由 20kg 砝码 45 个和箱体两部分组成。

2.1 箱体
2.1.1 箱体的设计和制作20kg 砝码在箱体内的摆放是每层 15 个 （5×3），摆 3 层共计 45 个。箱体的几何尺寸，按照砝码摆放后的尺寸设计为长方六面体。箱体框架用 5 ＃ 、6 ＃ 角钢焊接成长方六面体，用 4m m 厚钢板焊接在框架底部，用 1.8m m 厚钢板将箱体框架上面和两个侧面与底部钢板封闭焊接，箱体框架两端开口，砝码由此处装入箱体内，用4 ＃ 角钢和 1.8m m 厚钢板按照两端口尺寸做两个侧门，用锣丝将两侧门分别紧固在两端口的框架上，在侧门与框架的接触面之间，用胶条做密封垫，在固定侧门时将其压紧，此时的箱体便是个封 闭的箱体。在箱体底板下面两端焊上 2 根 8 ＃ 槽钢做底脚，便于叉车叉入。

2.1.2 箱体的技术要求

2.1.2.1 箱体的质量允差箱体的质量标称值为 100kg，准确度等级为 M 1等级，根据 JJG 99-2006 《砝码》 检定规程的要求，其质量允差的值为 5g。

2.1.2.2 箱体质量值的调整为调整箱体的质量值，做配重管，选相应长度和直径的铁管，端封闭焊死，另端焊接螺丝帽，用螺丝封闭，管的内腔做为箱体质量值的调整腔。在 20kg 标准砝码放入箱体内后，配重管放入砝码的间隙中，配重管的重量不于 1kg。

2.1.2.3 箱体的焊接
箱体全部采用优质钢材焊接而成，确保箱体度，需按设计图纸行生产。焊接应牢固，焊口应平整，焊渣应除净，表面护板与框架的焊接不应有断焊、漏焊，侧门密封压条应压紧，确保凡影响箱体质量值的物质不能入箱体内。
2.1.2.4 箱体的除锈处理箱体焊接成品后应做防锈处理，箱体内外应先除锈，涂以底漆，表面再涂以油漆，漆膜应色泽均匀，不应有漏涂、气泡、露底和划伤等。

2.1.2.5 箱体的检定标记在箱体两侧门的对边角铁上与邻近的紧固螺丝上各钻两个 φ3 的小孔，以备铅封用。待砝码、箱体后，将 45 个 20kg 砝码装入箱体内，两个侧门安装好，经检验人员检验后，用封钳将检定标记“封”在备铅封处封上。
2.1.3 箱体质量值的标定
我们按 M 1 等级砝码的准确度等级对箱体质量值行标定。为此，我们特购置了台秤量为100kg、分度值为 1g 的 II级电子天平 （质量比较仪） 和 F 2 等级 20kg标准砝码 4 个，将计量标准 F 2等级砝码标准装置的测量量限由 20kg 扩到100kg。箱体质量值的标定是采用单次替代法，在标准电子天平 （质量比较仪，以下简称“天平”） 上放置与箱体同标称质量值的 F 2 等级标准砝码，读取示值后，采用闪变点的方法，添加小砝码，计算化整前示值，即为标准砝码的示值。然后取下标准砝码，放上被测箱体，并按上述方法测量和计算化整前示值，即为箱体质量值的示值。箱体质量值化整前示值与标准砝码化整前示值应相等。如不相等，添减小重物，其误差值不应过 5g。标定所添加的小重物应放在配重管内。
2.1.4 箱体质量值测量结果不确定度的评定
2.1.4.1 概述
2.1.4.1.1 测量依据：JJG 99-2006 《砝码》 计量检定规程
2.1.4.1.2 环境条件：温度为常温，相对湿度不于 80% 。
2.1.4.1.3 测量标准：F 2 等级标准砝码，测量范 围 100kg， 由 规 程 中 给 出 允 许 误 差|M PE|=1.6g，则扩展不确定度 U 不 于 0.53g，k=2。
2.1.4.1.4 被测对象：100kg箱体质量值。2.1.4.1.5 测量方法：箱体质量值的测量是采用单次替代法，在标准电子天平上放置与箱体同标称质量值的 F 2 等级标准砝码，读取示值后，采用闪变点的方法，添加小砝码，计算化整前的示值，即为标准砝码质量值的示值。然后取下标准码，放上被测箱体，并按上述方法测量和计算化整前的示值，即为箱体质量值的示值。箱体质量值的示值与标准砝码质量值的示值之差加上标准砝码质量值，即为箱体质量值的测量结果。

2.1.4.2 数学模式
m=m s +d式中：
m—— — 箱体质量值；
m s —— — F 2 等级标准砝码质量值；
d—— — 被测箱体质量值与标准砝码质量值的差值。
2.1.4.3 输入量的标准不确定度的评定
2.1.4.3.1 输入量 m s 的标准不确定度 u（m s ）的
评定输入量 m s 的标准不确定度采用 B 类方法行评定根据 JJG 99-2006《砝码》检定规程中给出的 F 2等级标准砝码 100kg 的允许误差 |M PE|=1.6g，其扩展不确定度 U 不于 0.53g，含因子 k=2。
=0.10，则自由度 ν eff =502.1.4.3.2 输入量 d 的标准不确定度 u（d）的评定输入量 d 的标准不确定度 u（d） 由 3 个标准不确定度分项构成

a) 天平测量重复性引起的标准不确定度分项 u（d1）可以通过连续测量得到测量列，采用 A 类方法行评定。本实验在Ⅱ级 100kg 电子天平 （质量比较仪）
上，在重复性条件下连续测量箱体 10 次，得到如
下测量列 （化整前示值）：100.0001、100.000、
100.0002、100.0001、100.000、100.000、100.0001、
100.0002、100.0002、100.0001（kg）。x=100.0001（kg）
用同箱体在不同时间，在重复性条件下连续测量 10 次，分别得到 3 组测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如下：

b） 测天平鉴别力的标准小砝码引起的标准不确定度分项 u（d 2 ）标准不确定度分项 u（d 2 ）采用 B 类方法行评定
在 100kg 电子天平上加 1.4g 小砝码,测天平鉴
别力。 《砝码》 检定规程中给出允许误差
|M PE|=0.55m g，其扩展不确定度不于 0.2m g，含因子 k=2，则u（d 2 ）=0.2m g／2=0.1m g=0.0001g估计Δu（d 2 ）u（d 2 ）为 0.10，则自由度 ν eff =50
c） 为使天平平衡添加标准小砝码引起的标准
不确定度分项 u（d 3 ）
标准不确定度分项 u（d 3 ）采用 B 类方法行评
定测 100kg箱体质量值时，可能添加 5g小砝码，《 砝 码 》检 定 规 程 中 给 出 允 许 误 差|M PE|=0.5m g，其扩展不确定度不于 0.17m g，含因子 k=2，则u（d 3 ）=0.17m g／2=0.085m g=0.000085g估计Δu（d 3 ）u（d 3 ）
为 0.10，则自由度 ν eff =50
2.1.4.4 合成标准不确定度的评定
2.1.4.4.1 灵敏系数
数学模型 m=m s +d；
m鄣d=1。2.1.4.4.2 标准不确定度汇总表 （如表 1 所示）
标准不确定标准砝码
-标准天平测量重复性测量标准天平分度值标准小砝码使标准天平平衡添加标准小砝码不确定度来标准不确/c i u （ x i ）（ g ）表 1E xam ination Test检验测试
 

2.1.4.4.3 合成标准不确定度的计算输入量 m s 与 d 彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：u c （m）= c 1 u（m s
? ?）2 + c2 u（d? ?）2姨=0.292（g）合成标准不确定度的有效自由度ν eff =u c 4 （m）c 1 u（m s? ?）4ν（m s ）+c 2 u（d? ?）4ν（d）=67合成标准不确定度有效自由度 ν eff =67 （取有效自由度 ν eff 为 50）

2.1.4.5 扩展不确定度的评定取置信概率 P=95% ，按有效自由度 ν eff =50，查
t分布表得：k p =t 95 （50）=2.01，则扩展不确定度为：U 95 =t 95 (50)×u c (m )=2.01×0.292g=0.587g2.1.4.6 测量不确定度的报告与表示100kg 箱体质量值测量结果的扩展不确定度为；U 95 =0.587g ν eff =50
2.2 1000kg（组合） 砝码质量值测量结果不确定度的评定
2.2.1 概述

2.2.1.1 测量依据：JJG 99-2006 《砝码》 计量检定规程。

2.2.1.2 环境条件：温度为常温，相对湿度不于 80% 。

2.2.1.3 测量标准：F 2 等级标准砝码，测量范围 20kg～100kg，依据 JJG 99-2006 《砝码》 检定规程给出扩展不确定度：20kg 标准砝码 U=0.1g,k＝2；100kg标准砝码 U＝0.53g，k＝2。2.2.1.4 被测对象：因 1000kg（组合） 砝码是由 45 个 M 1 等级 20kg 砝码和 100kg 箱体组合而成的，需分别测量 20kg 砝码质量值和 100kg 箱体质量值。

2.2.1.5 测量方法
a） 对 20kg 砝码的测量，在秤量 20kg 的F 2 等级砝码标准装置上行测量，测量采用单次替代法。在分度值为 100m g、秤量为 20kg 的六级机械天平上，将 F 2 等级砝码直接对测量同标称质量值的被测砝码，可得到标准砝码与被测砝码之间的差值，将差值的算术平均值加上 F 2等级砝码的质量值即为被测砝码的质量值。b） 对 100kg 箱体的测量，在秤量 100kg的 F 2 等级砝码标准装置上行测量，测量采用单替代法，测量方法按照 2.1.4.1 中的 2.1.4.1.5 款的论述，测得被测箱体的质量值。

2.2.2 数学模式m=m 20 ×45+m 箱式中：M —— — 1000kg（组合） 砝码质量值；m 20 —— — 单个 20kg砝码质量值；m 箱—— — 箱体质量值。
2.2.3 输入量标准不确定度的评定

2.2.3.1 输入量 m 20 的标准不确定度 u（m 20 ）的
评定按 2.1.4 款“箱体质量值测量结果不确定度的评定”方法，得出 20kg 砝码质量值测量结果的扩展不确定度 U95＝0.22g，有效自由度 ν eff =50，k=2，则：标准不确定度 u(m 20 )＝0.22g／2＝0.11g。2.2.3.2 输入量 m 箱的标准不确定度 u（m箱 ）的评定根据 2.1.4 款“箱体质量值测量结果不确定度的评定”的结果：箱体质量值测量结果的扩展不确定度 U 95 ＝0.587g，有效自由度 ν eff ＝50，k=2，则标准不确定度 u（m箱 ）＝0.587g/2＝0.293g
2.2.4 合成标准不确定度的评定

2.2.4.1 灵敏系数数学模型：m ＝m 20 ×45＋m箱灵敏系数：c 1 ＝鄣m鄣m s=1 c 2 =鄣m鄣d
=12.2.4.2 合成不确定度分量汇总及计算 （如表2 所示）表 2 标准不确定度汇总表标准不确定度 u （ xi ）u （ m 20 ）u （ m 箱 ）不确定度来源0kg 砝码质量值箱体质量值标准不确定度（ g ）0.11×450.293cic i u （ x i ）（ g ）0.11×450.293ν i5050E xam ination Test检验测试

2.2.4.3 合成标准不确定度的计算输入量 m 20 与 m箱 彼此独立不相关，所以合成标准不确定度为：u c 2 （m）=[u（m 20 ）×45]2 +u 2（m箱 ）u c （m）= u（m 20 ）4
? ?52 +u 2（m箱 ） 姨=4.96g2.2.4.4 合成标准不确定度的有效自由度ν eff =u c 4 （m）{c 1 [u（m 20 ）×45]ν（m 20 ）+c 2 u（m 箱? ?）4ν（m 箱 ）=51合成标准不确定度有效自由度 ν eff =51，取有效自由度 ν eff 为 50。2.2.5 扩展不确定度的评定取置信概率 p=95% ，按有效自由度 ν eff =50，查t分布表得 k p =t 95 （50）=2.01，则扩展不确定度为：U 95 =t 95 (50) ·u c (m)=2.01×4.96g=9.97g2.2.6 测量不确定度的报告与表示1000kg（组合） 砝码质量值测量结果的扩展不确定度为：U 95 ＝9.97g ν eff ＝50根据 JJG 99-2006 《砝码》 计 量检定规程“5.2 扩展不确定度”的要求，“在规定的准确度等级内，任何个质量标称值为 m 0 的单个砝码，其折算质量的扩展不确定度，U（k=2），应不于表 1 中相应准确度等级的允许误差值的三分之。”查表 1，M 1 等级 1000kg 砝码允许误差值 |M PE|为 50g，其 1／3 |M PE|=16.7g。经上述评定，1000kg （组合） 砝码的扩展不确定度 U=9.97g，U＜1／3 |M PE|，符合 M 1等级砝码的要求。

2.3 1000kg（组合）砝码可做检定电子汽车衡的砝码根据 JJG 539-97 《数字指示秤》 计量检定规程“3.7 检定标准器”的要求，“3.7.1 砝码：检定用的标准砝码误差，应不于秤相应秤量允许误差的 1／3.”下面以检定秤量 30t电子汽车衡为例行论述。秤量 M ax为 30t，小分度值 e=10kg，分度数 n=3000，其各个称量段的允许误差分别为：称量 0.2t～5t时，误差≤5kg；称量 5t～20t时，误差≤10kg；称量 20t～30t时，误差≤15kg。按秤量时的允许误差 15kg 计算：检定用的标准砝码误差应小于 15kg／3=5kg。其组1000kg（组合） 砝码误差值应为 3U:9.97g×3=29.91g，检定秤量 30t时，需用 30组 1000kg（组合） 砝码，其允许误差为：29.91×30=897.3g≈0.9kg,所以砝码的误差（0.9kg） 远小于秤量时允许误差的三分之(5kg)。1000kg（组合） 砝码的准确度符合检定规程要求，可用做叉车叉运的检定电子汽车衡的砝码。

3 结束语
我所依据 JJG 2053-2006 《质量计量器具》 家计量检定系统表和 JJG 99-2006 《砝码》 计量检定规程，建立了量限为 200g～100kg 的 F 2 等级砝码标准装置社会公用计量标准，可开展量值为200g～100kg，M 1 等级砝码的量值传递工作，为1000kg（组合） 砝码建立了朔源关系。以上通过对 M 1 等级 1000kg（组合） 砝码质量值测量不确定度的评定，论证了其用于用叉车叉运的检定电子汽车衡 1000kg（组合） 砝码的理论依据和可行性。搬运砝码机械化解决方案从 2006 年实施以来，无论社会效益还是工作效益，其效果非常好，特别是充分利用了已有的 M 1 等级 20kg砝码的标准资源，以较小的投资实现了较高的效益。以上是我们用叉车叉运 1000kg（组合） 砝码，实现检定电子汽车衡搬运砝码机械化的做法和用于检定电子汽车衡可行性的论证及探讨，请和同志们批评指正。