基于非自動衡器國際建議的獨立輔助檢定裝置研究

劉偉

摘 要：針對國際建議OIML R76-1：2006（E）《非自動衡器》中規定的3種“測試標準器”的關系進行分析，對“輔助檢定裝置”的規定進行詳細解讀。通過對衡器載荷測量儀裝置誤差和擴展不確定度的分析評定和實際測試，說明該裝置是一種符合R76規定的獨立輔助檢定裝置，可用于對大型衡器進行檢定。

關鍵詞：國際建議；衡器載荷測量儀；最大允許誤差；擴展不確定度

中圖分類號：TB9 文獻標識碼：A

衡器是最重要的計量器具之一，影響著貿易公平、民生保障等重要領域，世界各國均將其納入法制管理范疇。為此國際法制計量組織（OIML）發布了多個衡器領域的國際計量技術文件，其中包括OIMLR76《非自動衡器》國際建議。R76-1：2006（E）于2006年10月在南非召開的第41屆國際法制計量大會上獲得通過。與該建議的1992年版本相比，2006版在術語、電子衡器要求、衡器和模塊的標識、計量管理、試驗程序等多個方面作了修訂，其中對計量要求和測試標準也作了變更規定。我國也參照該國際建議制定和修訂了多項檢定規程、產品標準。

根據R76的規定，衡器的測試標準為砝碼、輔助檢定裝置和標準砝碼替代。此前，計量檢定機構以砝碼和標準砝碼替代作為檢定非自動衡器的標準器，因此在檢定大型非自動衡器（如電子汽車衡）或特殊非自動衡器（如累計料斗秤）時存在難于實現全性能檢定、運輸困難、安全性差等問題，而對可解決上述問題的輔助檢定裝置的應用尚處于空白狀態。目前，可應用于電子汽車衡檢定的裝置——衡器載荷測量儀已經投入使用，相應檢定規程也已經發布實施。本文通過對國際建議R76的分析和對衡器載荷測量儀的試驗研究，對應用衡器載荷測量儀法進行大型衡器檢定的合法性及其適用范圍進行研究。

1.獨立輔助檢定裝置解析

在OIMLR76-1：2006（E）中的第3部分“計量要求”的第3.7款“測試標準器”中，規定了3種標準計量器具，分別是1.砝碼（Weights）；2.輔助檢定裝置（Auxiliary verification device）；3.標準砝碼替代（Substitution of standard weights at verification）。對于衡器的檢定，在準確度層面上，滿足規定要求的3種標準器是等效的，計量機構可自由選擇。而在使用層面上，在條件允許的情況下，通常首先根據第1條要求選擇采用符合OIML R111計量要求的標準砝碼，應用直接衡量法進行檢定。如衡器在使用條件下，沒有足夠多的標準砝碼，也不具備輔助檢定裝置時，允許使用其他恒定載荷替代標準砝碼；根據衡器的重復性誤差，標準砝碼在載荷中所占的比例可為（1/2～1/5）MAX，但也應進行全量程和全性能檢定。而在采用砝碼或替代物均比較困難時，如對于大量程、承載器結構特殊、不同稱重原理等的衡器，應采用輔助檢定裝置進行檢定。

3種測試標準器中，“砝碼”和“標準砝碼替代”的含義較為明確；對于“輔助檢定裝置”，在R76“術語”的T2.7.7款中專門進行了定義，即“用于對衡器的一個或多個主要裝置進行獨立檢定的裝置”。而在3.7.2款中，對輔助檢定裝置的要求作了如下詳細描述：“當衡器附有輔助檢定裝置時，或衡器由獨立輔助檢定裝置檢定時，則檢定裝置的最大允許誤差不得超過所檢載荷最大允許誤差的1/3；如在采用輔助檢定裝置進行檢定的情況下需用到砝碼，其誤差的影響不應大于被檢秤相同載荷最大允許誤差的1/5”。因此，輔助檢定裝置可以是衡器的附加部分，也可以是獨立裝置，只要最大允許誤差滿足3.7.2款的要求，可實現對非自動衡器進行檢定，均屬于符合R76規定的輔助檢定裝置。但無論是R76還是此前各國的標準、規程均未對輔助檢定裝置的具體形式和結構進行規定，原因就在于過去尚無一種輔助檢定裝置能在實測中達到準確度要求，或者在適應性、可靠性、實用性上不具有推廣價值。美國、德國、日本等國家均有專利或文獻表明，多家機構進行了采用傳感器、杠桿等方法進行衡器輔助檢定的研究，但目前沒有成功應用的記錄。因此，除了應用于對自動衡器（如配料秤、散糧秤）進行集成法檢定的控制指示裝置等被明確為輔助檢定裝置，非自動衡器的輔助檢定裝置尚屬于空白。

由國家質檢總局于2015年發布實施的JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）》檢定規程規定了一種衡器載荷測量儀檢定電子汽車衡的方法，是對JJG 539-1997《數字指示秤》的一種補充，可等同于以砝碼作為標準器進行上述衡器的檢定，同時具有運輸方便、檢定效率高、可實現全性能依法檢定等特點。該裝置和方法是在我國“重大科學儀器設備開發專項”支持下研制成功的，具有自主知識產權，是基于目前報道中唯一可行的輔助檢定裝置。衡器載荷測量儀不是衡器的附加部分，是一種獨立輔助檢定裝置。按照JJG 1119-2015《衡器載荷測量儀》檢定規程要求，衡器載荷測量儀的各項性能應能滿足檢定最大秤量不小于30t，檢定分度數不大于3000的中準確度級、普通準確度級電子汽車衡。其中衡器載荷測量儀的最大允許誤差是最為關鍵的技術指標，直接決定其能否滿足R76的要求，而具有合法性。

2.衡器載荷測量儀最大允許誤差

在R76的3.5.1款對中準確度級衡器在不同載荷下的最大允許誤差進行了規定，見表1。

根據JJG 539-1997《數字指示秤》檢定規程和JJG 1118-2015《電子汽車衡（衡器載荷測量儀法）》檢定規程，我國檢定電子汽車衡的合法標準器為砝碼和衡器載荷測量儀。根據JJG 99-2006《砝碼》檢定規程，按照“標準器最大允許誤差不得超過所檢載荷最大允許誤差的1/3”的原則，傳統上通常采用M12級或M1級砝碼作為檢定中準確度級電子汽車衡的標準。根據JJG 1119-2015《衡器載荷測量儀》檢定規程，其最大允許誤差同樣應小于汽車衡所檢載荷最大允許誤差的1/3。各種檢定標準器最大允許誤差（MPE）見表2。

由表2可以看出，衡器載荷測量儀的最大允許誤差小于汽車衡所檢載荷最大允許誤差的1/3，符合R76中關于輔助檢定裝置最大允許誤差的規定，可以作為電子汽車衡的檢定標準。

3.衡器載荷測量儀的誤差測試

衡器載荷測量儀采用高精度測力儀作為測量標準。測力儀由球鉸式二次調節結構的復合式傳感器和多通道高精度儀表組成，并通過動態數字溫度補償，使測力儀在-10℃～40℃溫度范圍下，傾斜不大于0.5°，偏心不大于5mm的范圍內，其重復性不大于0.016%，方位誤差優于±0.016%，長期穩定性優于±0.016%，示值誤差優于±0.016%。其主要性能測試結果如圖1所示，上述測力儀可保證衡器載荷測量儀的最大誤差滿足檢定要求。

由測力儀和液壓油缸組成標準載荷單元。為滿足不同規格電子汽車衡檢定需求，衡器載荷測量儀裝置測量儀分成標準載荷單元組1、2、3、4，分別由4、6、8、10個標準載荷單元構成，其中第3組（8個標準載荷單元）最大測量載荷即可達到150t。為對衡器載荷測量儀進行校準，福建省計量科學研究院建立了150t自動定值系統。該定值系統包括定值砝碼、質量比較儀和定值砝碼自動加載控制裝置。定值砝碼為150tF2等級不銹鋼砝碼；質量比較儀測量范圍200kg～150000kg，其中200kg～20000kg范圍內分辨力為0.1kg，20000kg以上分辨力為1kg，零點漂移±0.001%FS/30min，重復性0.002%。采用A-B-A法實現對衡器載荷測量儀的量傳。

應用150t自動定值系統對編號01的衡器載荷測量儀裝置（標準載荷單元編號1-1～1-8）進行了校準。實際測試結果如圖2所示。由測試結果可以看出，衡器載荷測量儀的標準載荷單元（組）在各校準點示值誤差小于最大允許誤差的1/3；載荷穩定性優于0.002%/30min。經評定，衡器載荷測量儀檢定電子汽車衡的質量稱量相對擴展不確定度為U=0.03%（k=2）。上述性能可滿足中準確度級電子汽車衡檢定的要求。

結論

衡器載荷測量儀是國際建議OIML R76：2006（E）所規定的衡器檢定標準中第二項“獨立輔助檢定裝置”的一種形式，在國際上首次實現了電子汽車衡的無砝碼檢定。采用衡器載荷測量儀自動定值系統對其進行的實際測試表明，衡器載荷測量儀的標準載荷單元（組）在各測試載荷下的最大誤差小于同載荷下中準確度級電子汽車衡的最大允許誤差的1/3，符合R76之3.7.2款的規定，可作為檢定電子汽車衡的合法標準。基于該檢定方法已經經過驗證并開始推廣，相關機構應將其作為典型實例，推動國際建議的進一步修訂。同時，相關研究機構應在該技術的基礎上，繼續研究應用于其他類型衡器的輔助檢定裝置，解決目前大型衡器檢定中存在的實際問題。

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