評價電子秤準確度方法的研究

張 卓

（晉中市檢驗檢測中心，山西 晉中 030600）

電子秤在貿易結算得到了廣泛應用，當用電子秤稱量某一物體時，其顯示的量值并不是該被稱物體質量的真值，即所顯示的量值與其真值之間總有一定的差異。這種差異，叫做稱量誤差。當其減小時，則表明該電子秤的準確度越高，反之，則表明準確度低。因此，一臺電子秤的準確度，就直接表明了該電子秤的可信賴程度。

評價電子秤的準確度，通常有兩種方法：一種是用誤差分析與估算的方法，即首先弄清楚該電子秤的各項誤差來源及其大小，然后進行合成。這種方法不但很麻煩，而且有的誤差往往不能確知其大小，因此，只有在某些情況下，比如在設計電子秤時，才采用這種方法；另一種是實驗的方法，即用一種準確度比電子秤高3 倍及其以上的計量器具（通常是砝碼）按一定的步驟來加以測定，從而確定出該電子秤的準確度。后一種方法通常稱之為電子秤的檢定。

上述后一種比較準確，也比較直觀，因此，很容易被人們所接受，故得到普遍采用，而且是判定電子秤合格與否的唯一途徑，但前一種方法也并不是可有可無，特別是在擬定某種電子秤的方案時，尤其有用。

通過前一節對部分電子秤的介紹，已經看到電子秤的種類是很多的，結構和使用環境條件懸殊很大，對準確度的要求也不相同，因此，各種電子秤的檢定方法和檢定步驟顯然是有差異的。況且絕大多數的電子秤目前尚無正式的國家檢定規程，而是按一些過渡性質的地方檢定規程或暫行檢定方法中的條文進行檢定。所以，即使是同一種電子秤，其檢定方法和檢定步驟也未必統一，故不準備贅述電子秤的檢定方法和檢定步驟，而只就檢定時所涉及到的與電子秤計量性能有關的問題進行介紹。

1 允許誤差的規定

允許誤差，又稱之為最大允許誤差或允差，它是一種人為規定的帶有法定性的誤差尺度，是用來判定一臺電子秤是否合格的依據。當其稱量誤差的絕對值小于或等允許誤差的絕對值為合格；大于為不合格。雖然允許誤差是人為規定的，但也要有科學根據，既不能太寬，也不能太嚴。太寬了就會使稱量誤差太大，滿足不了人們的需要；太嚴了因受科學和技術水平的限制，很難生產出合格的電子秤。

1.1 相對允差

隨著科學技術的不斷發展，人們對允許誤差的規定也在不斷變化。我國早期是采用機械衡器檢定規程中的相對允差。這種方法首先把秤分成新制造的（包括修理后的）和使用中的兩種類型，然后按不同的稱量段通常分成三段，即空秤，最大秤量的1/20 至1/5、最大秤量的1/5 至最大秤量分別給出允差。比如一臺使用中的電子秤，其空秤時的允差為最大秤量的1/10 000；從最大秤量的1/20～1/5，其允差為最大秤量的1/5 000；從最大秤量的1/5 至最大秤量，其允差為實際秤量的1/1 000。顯然，這是用相對誤差表示的。

1.2 滿量程允差

由于目前國內外傳感器的誤差絕大部分采用滿量程誤差，因受其影響電子秤的允差也有用滿量程誤差表示的。比如一臺使用中的最大秤量為5 t 的電子秤，其允差若為0.1%，那么在其上稱量100 kg，即使差了5 kg 也意味著合格。這也是用相對誤差表示的。其不同之處是把小秤量段的允差指標放寬了。

雖然用相對誤差的場合很多，但人們還是比較習慣于用和稱量結果有相同量綱的絕對誤差來表示允差。因為這樣表示比較直觀，用不著進行換算，因此都很容易理解。不過，也有其不足之處。比如，絕對誤差同樣是10 kg，對最大秤量為1 t 的平臺秤，這10 kg 的誤差是很大的；但對最大秤量為100 t 的電子軌道衡，這10 kg 的誤差就很小了。

1.3 標尺分度值允差

標尺分度值允差是國際法制計量組織（OIML）在相對允差規定和滿量程允差規定的基礎上提出來的，它確定了秤的準確度是秤的標尺分度值的函數。其基本著眼點是用絕對誤差來表示允差。這種允差的規定方法可以歸納成兩點：一是用秤的標尺分度值的不同倍數來表示允差值；二是用秤的標尺分度值的不同倍數來表示不同的秤量段，并對不同的秤量段規定不同的允差值。

根據最大秤量（max）與其標尺分度值（d）之比所確定的分度數（n）的不同，OIML 把衡量儀器分成四個準確度級別，并分別以相應的羅馬數字用橢圓圈起來表示。其準確度級的名稱與符號為：

其中特種準確度級和高準確度級通常是指準確度較高的天平；中準確度級相當于商用秤；普通準確度級是一般用途的準確度較低的各種秤。我國固定式杠桿秤（JJG 15-85）檢定規程中有關準確度的劃分及其相應的允差規定列于表1～3。

表1 中準確度級

1.4 同標尺分度值允差有關的幾個問題

（1）衡量儀器的誤差與標尺分度值的關系。在機械杠桿式衡器中，被稱物體的質量一般是轉換成計量杠桿上的長度（量）或指示機構所旋轉的角度（量）而得到的。為便于讀數，通常將計量杠桿或圓盤（包括扇形）分成若干等分，并分別稱之為標尺和度盤。其起始刻線相當于空秤，而末端刻線與最大秤量相對應。其中任意兩條相鄰刻線所對應的質量值之差就稱為標尺分度值。

為提高秤的準確度級別，通常需增加分度刻線數n，故各等分線間的距離不能太大；但同時又不太小，否則會給讀數帶來困難，所以，一般間距都為2 mm左右：當增減質量時所引起的長度變化量小于2 mm（即小于1 個標尺分度值d）的部分只能估讀，顯然估讀的數值定會有誤差，故d 值即可用來衡量估讀誤差。當d 值大，估讀誤差也大。例如同樣是2 mm 的分格，一臺衡器相當于2 kg，另一臺相當于10 kg，顯然在相同的估讀條件下，后者的估讀誤差比前者大5 倍。如果僅僅考慮估讀誤差，規定±1 d 的允差對兩臺衡器都是適宜的。假如以質量量值來規定允差，上述兩臺衡器就必然要分別考慮，就不能使用同一個允差尺度。

其他因加載后杠桿的變形，刀子和刀承的接觸位置變動等所造成的誤差，最終也都是通過長度計量得出結果的，同樣適宜于以d 值為單位衡量其大小。

由此說明，當衡器將質量的增減量轉換成長度或角度的增減量后，標尺分度值d 就成為衡量物體的質量及其誤差的基本單位。對于不同最大秤量、不同準確度級別的衡器，其標尺分度值雖然各不相同，但若以d 值為其誤差單位，當制造條件和影響誤差的因素相同時，基本規律是一致的。在小秤量段由于讀數誤差的存在，盡管把衡器制造得很精細，誤差也難以小到1 個d 值以下（人們習慣將讀數估讀到0.5 d 但往往很不可靠）。采用數字顯示的衡器則明確規定，小于1 個d 的質量值將完全拋棄，不予計算。

（2）衡器的準確度級別與分度數的關系。如前所述，由于受到估讀誤差的限制，一臺衡器的誤差不可能小于1 個d 值。當需要提高準確度時，還必須增加分度的數目即減小標尺分度值。例如一臺20 t 的衡器標尺分度值為10 kg，要想準確度達到1/5000 顯然是不可能的，因為在整個20 t 的量程內總分度數只有2 000 個。由此說明，衡器的準確度級別與其總分度數有關。對總分度數相同的衡器，其準確度級別也相同。例如，最大秤量為20 t 其標尺分度值為10 kg的平臺秤與最大秤量為,其標尺分度值為50 kg 的電子軌道衡具有相同的準確度級別，因為它們的總分度數均為2 000 個。因此，當給出某一衡器的最大秤量max 時，就可用總分度數n 與其標尺分度值d 的乘積來表示，即：max=nd；當知道某一衡器的最大秤量max 與其標尺分度值d 時，就可求出總分度數n，從而確定出該衡器的準確度級別。

OIML 的這種分級方法的好處是：以衡器本身的某一計量性能來區分衡器的級別；同時，采用分度值允差規定后，又把總分度數與檢定中的分段及相應的允差直接聯系起來。因此，相對于傳統的分級方法是一個很大的改變。這一改變將會給衡器的統一管理、使用以及檢定規程的制訂帶來很多的方便。

（3）分度值允差符合衡器本身性能規律。由于被稱物品種類繁多，大小不一，因此每臺衡器經常使用的秤量范圍應該很寬。但據檢測結果表明，即使是同一臺衡器，在其秤量范圍內各秤量段的誤差大小并不相同。特別是在低于最小秤量時，由于估讀誤差和零點波動的影響，相對誤差很大。這也說明了為什么對衡器要規定最小秤量的原因。一般常用秤量段準確度較高。當高于常用秤量段時，由于載荷大，衡器各部分的變形加劇，相對誤差也要增大，因此，在整個秤量范圍內，對衡器允差的規定，必須符合衡器本身的性能規律，即在不同的秤量段給出不同的允差。只有如此，才能充分發揮各種衡器的作用。

當采用OIML 所用的分度值允差時，就能做到符合衡器本身的性能規律。另外，由于衡器的最大秤量可表示為總分度數與標尺分度值的乘積，而衡器的誤差又是標尺分度值的函數，這樣就可直接按d 值的倍數進行分段，完全不必用最大秤量的百分數表示。這種分段方法既可以與允差、最大秤量的表示方法一致，又有可能用一種分段把各種準確度級的衡量儀器的全部秤量范圍列出，使之貫穿一致，不必受最大秤量的限制。這也是采用標尺分度值允差的一個特點。

2 主要計量性能的檢定

盡管各種電子秤的用途、使用場合、加載方式、載荷接受器的結構形式均各不相同，但其仍有共同之處，例如均由秤體、傳感和測量等部分所組成。其各部分的優劣，歸根結底都要從計量性能方面反映出來。因此，對電子秤進行檢定的關鍵在于各種計量性能的綜合檢定。雖然生產廠家或用戶在安裝調試之前所進行的部件檢定也很重要，但絕不能代替整機的綜合檢定。

電子秤應檢定的主要計量性能及其要求是：

2.1 空秤示值不變性檢定

按規定時間（一般不超過30 min）進行預熱后，空秤示值應穩定，且應為零；若載荷接受器按規定進行沖擊，一旦沖擊消除后，其示值誤差應符合相應允差的規定。

2.2 測量儀表各種功能的可靠性檢查

測量儀表的各種顯示應清晰，所具有的各種功能均應正確無誤。

2.3 準確度檢定

對所規定的各秤量點（一般不應少于6 點，且應合理分布），從最小秤量點開始，以遞增方式逐點施加標準載荷直到最大秤量；然后再以遞減方式逐點卸下標準載荷。其各秤量點的示值誤差，均應符合相應允差的規定。當載荷全部卸除后，其示值應為零，準確度的檢定應重復操作3 次。

2.4 承重點（偏載）示值準確度檢定

通常是將相當于1/10 或1/4 最大秤量的標準載荷依次加于載荷接受器的各承重點上，其各承重點的示值誤差，均應符合相應允差的規定；且各承重點中示值的最大者與最小者之差，不應超過相應的允差的絕對值。

2.5 鑒別力的測定

鑒別力的測定，一般在最小秤量點和最大秤量點進行。當在載荷接受器上輕緩地加上或去掉相當于14 d 的附加載荷時，其示值應有變化。

2.6 試驗最大安全載荷

對首次檢定的電子秤，將最大安全載荷（通常為125%）施加在載荷接受器上，然后保持一定時間（一般為15 min），當卸掉載荷后，其示值應為零；或者從最小秤量到最大秤量范圍內，應能正常工作。

2.7 重復性檢定

對各秤量點以相同的方式加載3 次，各相同載荷點中示值的最大者與最小者之差，均不應超過相應允差的絕對值。

2.8 示值穩定度檢定

電子秤示值穩定度的檢定通常包括：

（1）當環境溫度相差5 ℃時，電子秤的空秤示值變化不得大于1 d。

（2）當在載荷接受器上增減載荷時，其示值跳動不應超過5 s。

（3）對首次檢定的電子秤，在載荷接受器上施加恒定不變的額定載荷保持30 min。開始時的示值跳動不應超過5 s；以后的示值允許有變化，但其中的最大者與最小者之差不應超過相應允差的絕對值。

上述各條均符合要求者為合格，否則視為不合格。電子秤的檢定周期最長不超過1 年。