探討檢定電子汽車衡的1000kg砝碼搬運(yùn)問題 —— 關(guān)于對(duì)搬運(yùn)砝碼機(jī)械化解決方案的探討 [摘 要 ] 本文通過對(duì) 1000kg（組合） 砝碼質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定，認(rèn)證了使用 1000kg（組合） 砝碼的理論依據(jù)，論證了用叉車叉運(yùn) 1000kg（組合） 砝碼，實(shí)現(xiàn)檢定電子汽車衡搬運(yùn)砝碼機(jī)械化的可行性。 1 搬運(yùn)砝碼機(jī)械化解決方案的回顧
隨著我縣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子汽車衡已取替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械秤 （地秤） 的使用。根據(jù) JJG 539-97 《數(shù)字指示秤》 計(jì)量檢定規(guī)程的要求，我所經(jīng)多年的努力，購置了 M 1 等級(jí) 20kg 砝碼 60t。在檢定電子汽車衡時(shí)，砝碼都是由人力來搬運(yùn)的，但由于人員體力有限，受砝碼停放在秤面上時(shí)間過長等因素的限制，直接影響了檢定結(jié)果。如何檢定質(zhì)量，充分利用已有的標(biāo)準(zhǔn)資源，2006 年我們采用“搬運(yùn)砝碼機(jī)械化解決方案”，即用叉車叉運(yùn)用M 1 等級(jí) 20kg砝碼組合成的 1000kg（組合） 砝碼行檢定，了檢定質(zhì)量、節(jié)省人力且提高了工作效率。經(jīng)多年來的實(shí)踐，對(duì)檢定結(jié)果沒發(fā)生何異議，得到用戶和生產(chǎn)廠家的認(rèn)可和歡迎。 2 1000kg （組合） 砝碼
1000kg（組合）砝碼就是將 45 個(gè) M 1 等級(jí)20kg 砝碼（900kg）裝入個(gè)經(jīng)質(zhì)量值標(biāo)定（100kg）的特制箱體中，組合成個(gè)噸砝碼（便于叉車叉運(yùn)），即由 20kg 砝碼 45 個(gè)和箱體兩部分組成。 2.1 箱體
2.1.1 箱體的設(shè)計(jì)和制作20kg 砝碼在箱體內(nèi)的擺放是每層 15 個(gè) （5×3），擺 3 層共計(jì) 45 個(gè)。箱體的幾何尺寸，按照砝碼擺放后的尺寸設(shè)計(jì)為長方六面體。箱體框架用 5 ＃ 、6 ＃ 角鋼焊接成長方六面體，用 4m m 厚鋼板焊接在框架底部，用 1.8m m 厚鋼板將箱體框架上面和兩個(gè)側(cè)面與底部鋼板封閉焊接，箱體框架兩端開口，砝碼由此處裝入箱體內(nèi)，用4 ＃ 角鋼和 1.8m m 厚鋼板按照兩端口尺寸做兩個(gè)側(cè)門，用鑼絲將兩側(cè)門分別緊固在兩端口的框架上，在側(cè)門與框架的接觸面之間，用膠條做密封墊，在固定側(cè)門時(shí)將其壓緊，此時(shí)的箱體便是個(gè)封 閉的箱體。在箱體底板下面兩端焊上 2 根 8 ＃ 槽鋼做底腳，便于叉車叉入。 2.1.2 箱體的技術(shù)要求 2.1.2.1 箱體的質(zhì)量允差箱體的質(zhì)量標(biāo)稱值為 100kg，準(zhǔn)確度等級(jí)為 M 1等級(jí)，根據(jù) JJG 99-2006 《砝碼》 檢定規(guī)程的要求，其質(zhì)量允差的值為 5g。 2.1.2.2 箱體質(zhì)量值的調(diào)整為調(diào)整箱體的質(zhì)量值，做配重管，選相應(yīng)長度和直徑的鐵管，端封閉焊死，另端焊接螺絲帽，用螺絲封閉，管的內(nèi)腔做為箱體質(zhì)量值的調(diào)整腔。在 20kg 標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入箱體內(nèi)后，配重管放入砝碼的間隙中，配重管的重量不于 1kg。 2.1.2.3 箱體的焊接
箱體全部采用優(yōu)質(zhì)鋼材焊接而成，確保箱體度，需按設(shè)計(jì)圖紙行生產(chǎn)。焊接應(yīng)牢固，焊口應(yīng)平整，焊渣應(yīng)除凈，表面護(hù)板與框架的焊接不應(yīng)有斷焊、漏焊，側(cè)門密封壓條應(yīng)壓緊，確保凡影響箱體質(zhì)量值的物質(zhì)不能入箱體內(nèi)。
2.1.2.4 箱體的除銹處理箱體焊接成品后應(yīng)做防銹處理，箱體內(nèi)外應(yīng)先除銹，涂以底漆，表面再涂以油漆，漆膜應(yīng)色澤均勻，不應(yīng)有漏涂、氣泡、露底和劃傷等。 2.1.2.5 箱體的檢定標(biāo)記在箱體兩側(cè)門的對(duì)邊角鐵上與鄰近的緊固螺絲上各鉆兩個(gè) φ3 的小孔，以備鉛封用。待砝碼、箱體后，將 45 個(gè) 20kg 砝碼裝入箱體內(nèi)，兩個(gè)側(cè)門安裝好，經(jīng)檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)后，用封鉗將檢定標(biāo)記“封”在備鉛封處封上。
2.1.3 箱體質(zhì)量值的標(biāo)定
我們按 M 1 等級(jí)砝碼的準(zhǔn)確度等級(jí)對(duì)箱體質(zhì)量值行標(biāo)定。為此，我們特購置了臺(tái)秤量為100kg、分度值為 1g 的 II級(jí)電子天平 （質(zhì)量比較儀） 和 F 2 等級(jí) 20kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼 4 個(gè)，將計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) F 2等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量量限由 20kg 擴(kuò)到100kg。箱體質(zhì)量值的標(biāo)定是采用單次替代法，在標(biāo)準(zhǔn)電子天平 （質(zhì)量比較儀，以下簡(jiǎn)稱“天平”） 上放置與箱體同標(biāo)稱質(zhì)量值的 F 2 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，讀取示值后，采用閃變點(diǎn)的方法，添加小砝碼，計(jì)算化整前示值，即為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的示值。然后取下標(biāo)準(zhǔn)砝碼，放上被測(cè)箱體，并按上述方法測(cè)量和計(jì)算化整前示值，即為箱體質(zhì)量值的示值。箱體質(zhì)量值化整前示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼化整前示值應(yīng)相等。如不相等，添減小重物，其誤差值不應(yīng)過 5g。標(biāo)定所添加的小重物應(yīng)放在配重管內(nèi)。
2.1.4 箱體質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定
2.1.4.1 概述
2.1.4.1.1 測(cè)量依據(jù)：JJG 99-2006 《砝碼》 計(jì)量檢定規(guī)程
2.1.4.1.2 環(huán)境條件：溫度為常溫，相對(duì)濕度不于 80% 。
2.1.4.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：F 2 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，測(cè)量范 圍 100kg， 由 規(guī) 程 中 給 出 允 許 誤 差|M PE|=1.6g，則擴(kuò)展不確定度 U 不 于 0.53g，k=2。
2.1.4.1.4 被測(cè)對(duì)象：100kg箱體質(zhì)量值。2.1.4.1.5 測(cè)量方法：箱體質(zhì)量值的測(cè)量是采用單次替代法，在標(biāo)準(zhǔn)電子天平上放置與箱體同標(biāo)稱質(zhì)量值的 F 2 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，讀取示值后，采用閃變點(diǎn)的方法，添加小砝碼，計(jì)算化整前的示值，即為標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值的示值。然后取下標(biāo)準(zhǔn)碼，放上被測(cè)箱體，并按上述方法測(cè)量和計(jì)算化整前的示值，即為箱體質(zhì)量值的示值。箱體質(zhì)量值的示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值的示值之差加上標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值，即為箱體質(zhì)量值的測(cè)量結(jié)果。 2.1.4.2 數(shù)學(xué)模式
m=m s +d式中：
m—— — 箱體質(zhì)量值；
m s —— — F 2 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值；
d—— — 被測(cè)箱體質(zhì)量值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量值的差值。
2.1.4.3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
2.1.4.3.1 輸入量 m s 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（m s ）的
評(píng)定輸入量 m s 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用 B 類方法行評(píng)定根據(jù) JJG 99-2006《砝碼》檢定規(guī)程中給出的 F 2等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼 100kg 的允許誤差 |M PE|=1.6g，其擴(kuò)展不確定度 U 不于 0.53g，含因子 k=2。
=0.10，則自由度 ν eff =502.1.4.3.2 輸入量 d 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（d）的評(píng)定輸入量 d 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（d） 由 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)構(gòu)成 a) 天平測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng) u（d1）可以通過連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用 A 類方法行評(píng)定。本實(shí)驗(yàn)在Ⅱ級(jí) 100kg 電子天平 （質(zhì)量比較儀）
上，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量箱體 10 次，得到如
下測(cè)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）
用同箱體在不同時(shí)間，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量 10 次，分別得到 3 組測(cè)量列，每組測(cè)量列分別按上述方法計(jì)算得到單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差如下： b） 測(cè)天平鑒別力的標(biāo)準(zhǔn)小砝碼引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng) u（d 2 ）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng) u（d 2 ）采用 B 類方法行評(píng)定
在 100kg 電子天平上加 1.4g 小砝碼,測(cè)天平鑒
別力。 《砝碼》 檢定規(guī)程中給出允許誤差
|M PE|=0.55m g，其擴(kuò)展不確定度不于 0.2m g，含因子 k=2，則u（d 2 ）=0.2m g／2=0.1m g=0.0001g估計(jì)Δu（d 2 ）u（d 2 ）為 0.10，則自由度 ν eff =50
c） 為使天平平衡添加標(biāo)準(zhǔn)小砝碼引起的標(biāo)準(zhǔn)
不確定度分項(xiàng) u（d 3 ）
標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng) u（d 3 ）采用 B 類方法行評(píng)
定測(cè) 100kg箱體質(zhì)量值時(shí)，可能添加 5g小砝碼，《 砝 碼 》檢 定 規(guī) 程 中 給 出 允 許 誤 差|M PE|=0.5m g，其擴(kuò)展不確定度不于 0.17m g，含因子 k=2，則u（d 3 ）=0.17m g／2=0.085m g=0.000085g估計(jì)Δu（d 3 ）u（d 3 ）
為 0.10，則自由度 ν eff =50
2.1.4.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
2.1.4.4.1 靈敏系數(shù)
數(shù)學(xué)模型 m=m s +d；
m鄣d=1。2.1.4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表 （如表 1 所示）
標(biāo)準(zhǔn)不確定標(biāo)準(zhǔn)砝碼
-標(biāo)準(zhǔn)天平測(cè)量重復(fù)性測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)天平分度值標(biāo)準(zhǔn)小砝碼使標(biāo)準(zhǔn)天平平衡添加標(biāo)準(zhǔn)小砝碼不確定度來標(biāo)準(zhǔn)不確/c i u （ x i ）（ g ）表 1E xam ination Test檢驗(yàn)測(cè)試
2.1.4.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算輸入量 m s 與 d 彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到：u c （m）= c 1 u（m s
? ?）2 + c2 u（d? ?）2姨=0.292（g）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度ν eff =u c 4 （m）c 1 u（m s? ?）4ν（m s ）+c 2 u（d? ?）4ν（d）=67合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度有效自由度 ν eff =67 （取有效自由度 ν eff 為 50） 2.1.4.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)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，則擴(kuò)展不確定度為：U 95 =t 95 (50)×u c (m )=2.01×0.292g=0.587g2.1.4.6 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示100kg 箱體質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為；U 95 =0.587g ν eff =50
2.2 1000kg（組合） 砝碼質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定
2.2.1 概述 2.2.1.1 測(cè)量依據(jù)：JJG 99-2006 《砝碼》 計(jì)量檢定規(guī)程。 2.2.1.2 環(huán)境條件：溫度為常溫，相對(duì)濕度不于 80% 。 2.2.1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：F 2 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，測(cè)量范圍 20kg～100kg，依據(jù) JJG 99-2006 《砝碼》 檢定規(guī)程給出擴(kuò)展不確定度：20kg 標(biāo)準(zhǔn)砝碼 U=0.1g,k＝2；100kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼 U＝0.53g，k＝2。2.2.1.4 被測(cè)對(duì)象：因 1000kg（組合） 砝碼是由 45 個(gè) M 1 等級(jí) 20kg 砝碼和 100kg 箱體組合而成的，需分別測(cè)量 20kg 砝碼質(zhì)量值和 100kg 箱體質(zhì)量值。 2.2.1.5 測(cè)量方法
a） 對(duì) 20kg 砝碼的測(cè)量，在秤量 20kg 的F 2 等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置上行測(cè)量，測(cè)量采用單次替代法。在分度值為 100m g、秤量為 20kg 的六級(jí)機(jī)械天平上，將 F 2 等級(jí)砝碼直接對(duì)測(cè)量同標(biāo)稱質(zhì)量值的被測(cè)砝碼，可得到標(biāo)準(zhǔn)砝碼與被測(cè)砝碼之間的差值，將差值的算術(shù)平均值加上 F 2等級(jí)砝碼的質(zhì)量值即為被測(cè)砝碼的質(zhì)量值。b） 對(duì) 100kg 箱體的測(cè)量，在秤量 100kg的 F 2 等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置上行測(cè)量，測(cè)量采用單替代法，測(cè)量方法按照 2.1.4.1 中的 2.1.4.1.5 款的論述，測(cè)得被測(cè)箱體的質(zhì)量值。 2.2.2 數(shù)學(xué)模式m=m 20 ×45+m 箱式中：M —— — 1000kg（組合） 砝碼質(zhì)量值；m 20 —— — 單個(gè) 20kg砝碼質(zhì)量值；m 箱—— — 箱體質(zhì)量值。
2.2.3 輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定 2.2.3.1 輸入量 m 20 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（m 20 ）的
評(píng)定按 2.1.4 款“箱體質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定”方法，得出 20kg 砝碼質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度 U95＝0.22g，有效自由度 ν eff =50，k=2，則：標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u(m 20 )＝0.22g／2＝0.11g。2.2.3.2 輸入量 m 箱的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（m箱 ）的評(píng)定根據(jù) 2.1.4 款“箱體質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定”的結(jié)果：箱體質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度 U 95 ＝0.587g，有效自由度 ν eff ＝50，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（m箱 ）＝0.587g/2＝0.293g
2.2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定 2.2.4.1 靈敏系數(shù)數(shù)學(xué)模型：m ＝m 20 ×45＋m箱靈敏系數(shù)：c 1 ＝鄣m鄣m s=1 c 2 =鄣m鄣d
=12.2.4.2 合成不確定度分量匯總及計(jì)算 （如表2 所示）表 2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u （ xi ）u （ m 20 ）u （ m 箱 ）不確定度來源0kg 砝碼質(zhì)量值箱體質(zhì)量值標(biāo)準(zhǔn)不確定度（ g ）0.11×450.293cic i u （ x i ）（ g ）0.11×450.293ν i5050E xam ination Test檢驗(yàn)測(cè)試 2.2.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算輸入量 m 20 與 m箱 彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：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 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度ν eff =u c 4 （m）{c 1 [u（m 20 ）×45]ν（m 20 ）+c 2 u（m 箱? ?）4ν（m 箱 ）=51合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度有效自由度 ν eff =51，取有效自由度 ν eff 為 50。2.2.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)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，則擴(kuò)展不確定度為：U 95 =t 95 (50) ·u c (m)=2.01×4.96g=9.97g2.2.6 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示1000kg（組合） 砝碼質(zhì)量值測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U 95 ＝9.97g ν eff ＝50根據(jù) JJG 99-2006 《砝碼》 計(jì) 量檢定規(guī)程“5.2 擴(kuò)展不確定度”的要求，“在規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)內(nèi)，任何個(gè)質(zhì)量標(biāo)稱值為 m 0 的單個(gè)砝碼，其折算質(zhì)量的擴(kuò)展不確定度，U（k=2），應(yīng)不于表 1 中相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)的允許誤差值的三分之。”查表 1，M 1 等級(jí) 1000kg 砝碼允許誤差值 |M PE|為 50g，其 1／3 |M PE|=16.7g。經(jīng)上述評(píng)定，1000kg （組合） 砝碼的擴(kuò)展不確定度 U=9.97g，U＜1／3 |M PE|，符合 M 1等級(jí)砝碼的要求。 2.3 1000kg（組合）砝碼可做檢定電子汽車衡的砝碼根據(jù) JJG 539-97 《數(shù)字指示秤》 計(jì)量檢定規(guī)程“3.7 檢定標(biāo)準(zhǔn)器”的要求，“3.7.1 砝碼：檢定用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼誤差，應(yīng)不于秤相應(yīng)秤量允許誤差的 1／3.”下面以檢定秤量 30t電子汽車衡為例行論述。秤量 M ax為 30t，小分度值 e=10kg，分度數(shù) n=3000，其各個(gè)稱量段的允許誤差分別為：稱量 0.2t～5t時(shí)，誤差≤5kg；稱量 5t～20t時(shí)，誤差≤10kg；稱量 20t～30t時(shí)，誤差≤15kg。按秤量時(shí)的允許誤差 15kg 計(jì)算：檢定用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼誤差應(yīng)小于 15kg／3=5kg。其組1000kg（組合） 砝碼誤差值應(yīng)為 3U:9.97g×3=29.91g，檢定秤量 30t時(shí)，需用 30組 1000kg（組合） 砝碼，其允許誤差為：29.91×30=897.3g≈0.9kg,所以砝碼的誤差（0.9kg） 遠(yuǎn)小于秤量時(shí)允許誤差的三分之(5kg)。1000kg（組合） 砝碼的準(zhǔn)確度符合檢定規(guī)程要求，可用做叉車叉運(yùn)的檢定電子汽車衡的砝碼。 3 結(jié)束語
我所依據(jù) JJG 2053-2006 《質(zhì)量計(jì)量器具》 家計(jì)量檢定系統(tǒng)表和 JJG 99-2006 《砝碼》 計(jì)量檢定規(guī)程，建立了量限為 200g～100kg 的 F 2 等級(jí)砝碼標(biāo)準(zhǔn)裝置社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，可開展量值為200g～100kg，M 1 等級(jí)砝碼的量值傳遞工作，為1000kg（組合） 砝碼建立了朔源關(guān)系。以上通過對(duì) M 1 等級(jí) 1000kg（組合） 砝碼質(zhì)量值測(cè)量不確定度的評(píng)定，論證了其用于用叉車叉運(yùn)的檢定電子汽車衡 1000kg（組合） 砝碼的理論依據(jù)和可行性。搬運(yùn)砝碼機(jī)械化解決方案從 2006 年實(shí)施以來，無論社會(huì)效益還是工作效益，其效果非常好，特別是充分利用了已有的 M 1 等級(jí) 20kg砝碼的標(biāo)準(zhǔn)資源，以較小的投資實(shí)現(xiàn)了較高的效益。以上是我們用叉車叉運(yùn) 1000kg（組合） 砝碼，實(shí)現(xiàn)檢定電子汽車衡搬運(yùn)砝碼機(jī)械化的做法和用于檢定電子汽車衡可行性的論證及探討，請(qǐng)和同志們批評(píng)指正。  |
