衡器计量.docx
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衡器计量
衡器计量
一．什么是衡器
衡器的定义：
“利用作用在物体上的重力等各种称量原理，确定质量或作为质量函数的其他量值、数值、参数或特征的一种计量仪器。
”
衡器是质量计量仪器的简称，也就是主要用于确定物体质量的一种计量仪器。
根据衡器的不同特征与功能可将衡器分为天平和秤两大类。
天平的主要特征是准确度较高，使用条件要求较严，测量范围较窄。
因此，天平主要用作计量基、标准仪器和小质量计量工作，通常在实验室内使用。
而秤的特点是测量范围较宽、使用性较强、准确度较低。
因此，秤通常以工作计量器具形式广泛用于大、中、小各种质量量值的计量，使用环境条件既可在室内、又可在室外。
通常情况下，我们以分度数为10000，最大秤量为1kg，检定分度值为0.1g作为两者的分界线。
二．衡器计量的重要意义和作用
1．衡器计量是企业降耗增效，保证产品质量的重要手段
企业如果发生计量管理混乱，就会出现原材料进厂称量失准，生产工艺流程中配料称量不准，加之其他控制参数不准，成品发货用的地秤不准，导致企业生产成本高，产品合格率低。
为此，衡器计量为企业节约材料、成品结算、成本核算、节约能源、降耗增效、保证产品质量提供了可靠的计量手段。
第二部分衡器计量基础知识
一．什么是质量，质量与重量的区别。
衡器计量的对象是物体或物质的质量，衡器计量类属质量计量。
三．衡器的分类
1．按操作方式分类
根据衡器的操作方式的不同，可以把衡器分为非自动衡器（自动指示秤、非自行指示秤、模拟指示秤、数字指示秤）和自动衡器两类。
．非自动衡器
非自动衡器，又称非自动秤，它是指在称量过程中需要人员操作（例如向承载器加放或卸去载荷或取得称量结果）的秤。
包括：
台案秤、杆秤、地秤、吊秤、专用秤（体重秤、邮件秤等）、轨道衡、容重器。
．自动衡器
自动衡器，是指在称量过程中无需操作者干预就可获得称量结果的衡器。
包括：
皮带秤、定量打包秤、自动料斗秤、自动检验分选秤，自动轨道衡、其他专用自动秤。
2．按准确度等级分类
非自动衡量仪器（包括天平和秤）的准确度分为4个等级，即：
—特种准确度级（1级）；
—高准确度级*（2级）；
—中准确度级**（3级）；
ⅢⅠ—普通准确度级***（4级）。
其中，特种准确度级和高准确度级特指天平，而非自动秤的准确度等级通常为3级和4级。
非连续累计自动衡器（料斗秤）共分4个等级，即0.2级、0.5级、1.0级、2.0级。
其中0.2级和0.5级相当于
级秤，而1.0级和2.0级又相当于ⅢⅠ级秤。
1．商用秤类
一般用于商业流通领域，属商业贸易计量器具，如杆秤、案秤、台秤、度盘秤、电子计价秤及轨道衡等。
2．工业秤类
一般用于矿山、冶金、机械、炼钢、化工、纺织、轻工、交通运输等部门，如地秤、定量秤、配料秤、电子吊秤、电子皮带秤和称量车等。
3．专用秤类
一般用于国防、矿山、冶金、轻工、化工、纺织、交通运输等部门，称量（或配置）某种特定物质，如比例秤、飞机秤、包裹秤及包装秤。
3．按管理性质分类
衡器按其管理性质可分为强制管理器具和非强制管理器具两类。
1．强制管理衡器
按我国计量法规定，凡是用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测等方面的衡器一律实行强制管理，即实行强制检定。
属于强制检定的衡器包括各种各样的商业秤以及用于上述目的的各种衡器。
在我省属于强制检定的衡器检定周期为半年。
2．非强制管理衡器
除了强制管理衡器之外，用于其他目的或企业用于工艺过程的各种不同种类的衡器属非强制管理衡器。
4．按结构形式分类
按其结构形式可分为机械式秤、机电结合秤和电子秤3大类。
5．按计量方式分类
按其计量方式又可分为静态计量衡器和动态计量衡器2大类。
第三部分秤的计量特征和计量性能
一．秤的计量特征
秤的计量特征参数主要包括最大秤量、最小秤量、最大安全载荷、实际分度值、检定分度值和检定分度数等。
1．最大秤量
指不计算添加皮重在内的最大称量能力，用Max表示。
2．最小秤量
指载荷少于该值时，称量结果可能产生过大的相对误差，用Min表示。
（20e）
3．实际分度值
指以质量为单位表示的下述数值：
⑴对模拟示值，系指相邻两个刻线对应值之差。
⑵对数字示值，系指相邻两个示值之差。
实际分度值用d表示。
国家标准规定秤的设计制造实际分度值必须满足1×10kkg，2×10kkg，5×10kkg的形式，其中k为正整数、负整数或零。
4．检定分度值
系指用于对秤分级和检定时使用的，以质量单位表示的值，用e表示。
5．检定分度数
系指最大秤量与检定分度值之商，用n表示。
n=Max/e
需要注意的是，不要把检定分度数简单理解为必须在标尺上或度盘上全部刻出来的分度个数。
对标尺秤来说，标尺分度数是真实存在的，其他情况下检定分度数仅是一个计算值，不代表标尺上实有的分度数目。
6．秤的误差
⑴示值误差
秤的示值与质量约定真值之差。
示值误差用绝对误差表示。
⑵基本误差
秤在标准条件下的误差。
这里的标准条件是指该秤在计量检定时计量规程中规定的检定条件。
⑶初始基本误差
秤在性能测试和量程稳定度测试之前确定的基本误差。
⑷最大允许误差
秤处于标准位置空载为0时，其示值与标准砝码约定真值之间，为技术法规所允许的正或负的最大差值。
最大允许误差就是我们通常所说的允许误差。
允许误差即可以用绝对误差表示，也可以用相对误差表示。
二．秤的准确度等级
秤的准确度，指秤在称量结果中系统误差和随机误差的综合影响程度，表述了称量结果与被称量真值间的一致程度。
准确度的高低通常用允许误差来表示，根据允许误差的大小划分的等级称为准确度等级。
不同级别的称量段范围是不同的，不同称量段的允许误差也是不同的。
1．秤的准确度等级划分的依据
秤划分准确度等级的依据是检定分度值（e）和检定分度数（n）。
按检定分度值（e）划分准确度等级，表示绝对准确度；按检定分度数（n）划分准确度等级，表示相对准确度。
2．非自动秤的准确度等级
对于非自动秤，其准确度等级分为两级，即中准确度级（3级）和普通准确度级（4级）。
其表示方法见表1-2。
表1-2秤的准确度等级和符号
中准确度级**
普通准确度级***
ⅢⅠ
表中**可称为3级，***可称为4级。
其符号
和ⅢⅠ用于标注在秤体明显处（如标尺、铭牌等），以示其该秤的准确度等级。
与秤准确度等级有关的检定分度值、检定分度数和最小秤量见表1-3。
表1-3
准确度等级
检定分度值（e）
检定分度数
最小秤量
最小
最大
中准确度级
0.1g≤e≤2g
5g≤e
100
500
10000
10000
20e
普通准确度级
5g≤e
100
1000
10e
注：
用于贸易结算的秤的最小检定分度数对
，n=1000；
对ⅢⅠ，n=400。
秤的准确度等级和最大允许误差的对应关系见表1-4，它给出了秤在首次检定、随后检定时的最大允许误差。
表1-4最大允许误差表
最大允许误差
砝码m（以检定分度值e表示）
中准确度级
普通准确度级
±0.5e
0≤m≤500
0≤m≤50
±1.0e
500＜m≤2000
50＜m≤200
±1.5e
2000＜m≤10000
200＜m≤1000
使用中检验的秤，最大允许误差是首次检定最大允许误差的2倍。
检定——为评定秤的计量性能，确定其是否符合法定要求所进行的全部工作。
首次检定——对从未检定过的秤所进行的检定。
它包括：
新制造、新安装秤的检定；进口秤的检定。
随后检定——首次检定后的检定。
它包括：
周期检定；修理后检定；新投入使用强制检定的秤使用前申请的检定；周期检定有效期未到前的检定，该检定通常是根据被检单位或使用者的要求。
使用中检验——检验使用中的秤是否符合计量检定规程的要求；是否处于良好的工作状态；使用是否正确、可靠。
通常使用中检验是一种监督性的检验。
3．非连续累计自动衡器的准确度等级
非连续累计自动衡器共分为4个准确度等级：
0.2级、0.5级、1.0级、2.0级。
非连续累计自动称量的最大允许误差见表1-5。
表1-5自动称量的最大允许误差
准确度等级
累计载荷质量的百分比（%）
首次检定
使用中检验
0.2
±0.10
±0.20
0.5
±0.25
±0.50
1.0
±0.50
±1.00
2.0
±1.00
±2.00
非连续累计自动衡器在用标准载荷进行静态检定及进行非自动称量时，其最大允许误差应满足表1-6的规定。
表1-6非自动称量最大允许误差表
自动称量准确度等级
非自动称量
准确度等级
秤量
最大允许误差
首次检定
使用中检验
0.2
0.5
0＜m≤500
500＜m≤2000
2000＜m≤10000
±0.5e
±1.0e
±1.5e
±1.0e
±2.0e
±3.0e
1.0
2.0
ⅢⅠ
0＜m≤50
50＜m≤200
200＜m≤1000
±0.5e
±1.0e
±1.5e
±1.0e
±2.0e
±3.0e
三．秤的计量性能
秤的计量性能主要包括灵敏度、鉴别力、鉴别力阈、耐久力（稳定性）和重复性。
一台合格的秤在应用时应具备这些良好的性能参数。
灵敏度：
对于给定的被测质量值的灵敏度k，可表示为被观测变量l的变化量△l与被测质量M相应变化量△M之商：
k=△l/△M。
鉴别力：
秤对载荷微小变化的反映能力。
鉴别力阈：
对于已给定载荷的鉴别力阈，即是这样一种附加载荷的最小值：
当将此载荷在承载器上轻缓地放上或取下时，即能使示值发生一个可察觉到的变化。
重复性：
在实际相同的测试条件下，用同一方式，将同一载荷多次加放到承载器上，秤提供相互一致结果的能力。
耐久性：
秤在经过规定的使用周期，保持其计量特性的能力。
四．质量计量器具计量检定系统
国家质量计量器具计量检定系统是指从复现质量单位千克的“国家千克基准原器”主基准，经过各等级质量计量基准器具、质量标准计量器具直到质量工作计量器具的检定程序、不确定度和基本检定方法所作的技术规范。
它是为质量量值传递而制定的一种法定技术文件。
其目的是通过对质量器具的检定或校准，将计量基准所复现的质量计量单位千克的量值通过各等级的计量标准器具传递到工作计量器具，确保被传递对象的量值达到准确、一致和可靠。
P41质量计量器具检定系统框图
我们平时所进行的检定工作是属于量值传递（按系统表自上而下）；而进行的校准工作则属于量值溯源（按系统表自下而上）。
大家在制作标准装置的溯源框图和量传框图的时候，就可以参照这个系统框图。
五．检定与校准
校准——在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。
检定——查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记、出具检定证书。
检定和校准的区别：
1.法制性：
检定具有法制性，是一种属于法制计量管理范畴的执法行为；校准不具有法制性，是一种自愿行为。
2.目的：
检定是判定计量器具是否符合计量要求，技术要求和法治管理的要求，应对于量值传递；校准是确定计量器具的示值误差，确保计量器具给出准确的量值，对应与量值溯源。
3.依据：
检定必须依据检定规程；校准可以依据校准规范，也可以参照检定规程执行，也可以双方自行协商校准方法。
4．结论：
检定必须判定计量器具是否合格；校准不判定计量器具是否合格。
必要时可以给出计量器具的某一计量性能是否符合某种预期的要求。
5．周期：
检定是根据规程给出检定周期。
在正常使用的情况下，在证书有效期内所给出的量值有效。
校准一般不给出校准周期（也可以给出建议的校准周期）。
校准结果只表明在校准时，计量器具所复现的量值。
6.不确定度评定：
检定应考虑被检定对象在检定证书有效期内可能产生的漂移，并将其作为一个不确定度分量；校准不考虑被校准对象今后可能产生的漂移。
六．不确定度的评定
（一）定义：
测量不确定度：
表明被测量之值的分散性，是一个区间。
用标准偏差，标准偏差的倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度来表示。
在数轴上表示为一个区间。
由于测量不确定度表示一个区间，因此无法用测量不确定度对测量结果进行修正。
对已修正测量结果进行不确定度评定时，应考虑修正不完善引入的不确定度分量。
（二）测量不确定度来源
测量中，可能导致测量不确定度的因素很多，它们大体上来源于下述几个方面：
1.被测量的定义不完整；
2.复现被测量的测量方法不理想；
3.取样的代表性不够，即被测样本不能完全代表所定义的被测量；
4.对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或环境参数的测量与控制不完善；
5.对模拟式仪表的读数存在人为地偏移，即人员读数不准；
6.测量仪器的计量性能（灵敏度，鉴别力阈，分辨率，稳定性等）的局限性；
7.测量标准或测量物质的不确定度；
8.引用数据或其它参数的不确定度；
9.测量方法和测量程序的近似和假设；
10.在相同条件下被测量在重复观测中的变化。
测量中可能导致不确定度的来源很多，一般说来其主要原因是测量设备、测量人员、测量方法、测量对象和测量环境的不完善引起的。
（三）评定方法：
要得到测量结果，首先要确定数学模型中各输入量的最佳估计值。
确定最佳估计值的方法一般有两类：
通过实验测量得到其最佳估计值，或由其他各种信息来源得到其最佳估计值。
对于前者有可能采用A类评定的方法得到输入量估计值的标准不确定度，而对于后者则只能采用非统计的B类评定方法。
不确定度的A类评定是指“用对观测列进行统计分析的方法，来评定不确定度。
”根据测量不确定度的定义，标准不确定度以标准偏差表征。
实际工作中则以实验标准差s作为其估计值。
不确定度的B类评定是指“用不同于对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定度。
”
也就是说，所有与A类评定不同的其它方法均属于不确定度的B类评定，它们的标准不确定度是基于经验或其他信息的假定概率分布估算的，也用标准差表征。
1.不确定度的A类评定
标准不确定度的A类评定定义为:
“用对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定度”。
国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》中介绍了两种A类评定的方法，贝塞尔法和极差法。
⑴.贝塞尔法
当在重复性或复现性条件下，对被测量y进行n次独立观测。
若得到的测量结果分别为y1，y2，……，yi，n次测量的平均值为。
于是用贝塞尔公式可以求出单次测量结果xi的实验方差。
计算公式为：
⑵.极差法
当在重复性或复现性条件下，对被测量X进行n次独立观测。
若n个测量结果中最大值和最小值之差为R（称为极差），在可以估计X接近正态分布的条件下，单次测量结果的实验标准差s（xiv）可近似地表示为:
s（xi）=R/C=u（xi）
式中系数C为极差系数。
极差系数之值与测量次数n的大小有关。
表1给出极差法的极差系数和自由度与测量次数的关系。
表1-7极差系数C及自由度
n
2
3
4
5
6
7
8
9
c
1.13
1.64
2.06
2.33
2.53
2.70
2.85
2.97
0.9
1.8
2.7
3.6
4.5
5.3
6.0
6.8
⑶。
贝塞尔法和极差法的优缺点：
一种观点认为：
首先应该明白，极差法是一种近似的评定方法，没有贝塞尔方法精确；从“极差系数C及自由度V”对照表可以看出，它的自由度都是比较小的，这就是说，这个方法的可靠性低。
（可以去看标准）
使用极差法的前提是数据接近正态分布，否则是没有意义的。
一般用在数据比较难以获得或成本高的情况下（也就是小样本情况下），如破坏性试验，贵重样品或小批量。
我个人观点是:
（1）当A类评定不确定度分量不是合成标准不确定度中惟一占优势的分量时，则无论测量次数多少，贝塞尔法优于极差法。
（2）当A类评定不确定度分量是合成标准不确定度中惟一占优势的分量时，则两种方法的优劣与测量次数有关。
当测量次数n<10时，极差法优于贝塞尔法；当测量次数n≥10时，贝塞尔法优于极差法。
2.不确定度的B类评定
不确定度：
举例
移动式杠杆秤最佳测试能力评定
一．测量方法：
非自行指示秤是依据JJG14-1997计量检定规程，以
级标准砝码作为标准值进行检定，用砝码直接加载、卸载的方式，分段测量示值与标准砝码之差即为示值误差。
二．数字模型：
非自行指示秤误差由下式得到
E=I-m
式中：
E——非自行指示秤显示值误差（g）；
I——非自行指示秤显示的示值（某一检定点）（g）；
m——标准砝码标称值（g）.
三．不确定度来源分析：
取一台
级，最大秤量为500kg，分度值为200g的台秤作为对象进行分析计算。
1．被测量的稳定性引入的不确定度分量
；
2．台秤示值引入的不确定度分量
；
3．
级砝码引入的不确定度分量
。
四．标准不确定度评定
1．A类不确定度评定：
500.22kg500.18kg500.14kg500.24kg500.14kg500.20kg500.24kg500.20kg500.18kg500.12kg
10次测量平均值
=
=500.19kg
0.042g
2．B类不确定度评定（略）
五．合成标准不确定度：
=
六．扩展不确定度：
=k
k=2
3.常见分布的包含因子k值
表1-8
分布类型
k值
反正弦分布
矩形分布（均匀）
梯形分布
=0.71
2
三角分布
正态分布
3
第四部分衡器的使用、维护和检定
在分别讲解台秤和电子秤前，先讲一下秤的标志，秤的标志是否符合国家计量检定规程的要求，是判定一台衡器是否合格的最直观的条件，如果秤的标志不符合要求，就可以直接判定此衡器不合格。
秤应依次具备下列标志：
⑴制造厂的名称和商标
⑵准确度等级
⑶最大秤量、最小秤量、检定分度值
⑷制造许可证标志和编号
作为法定技术检定机构检定时，对铭牌的有下列要求：
⑴不破坏标志，就无法将其拆下；
⑵标志容易固定，而又不会改变秤的计量性能；
⑶在使用中，不移动秤就可看见标志。
一．台秤
1．增砣
增砣是衡器的重要组成部分，由于平时大家缺乏对增砣重要性的了解，往往不注意保管，甚至把增砣当锤子砸东西、钉钉子，放在炉子上垫饭盒等，这都会造成增砣的质量不准，因此应该加强对增砣重要性的认识，做到正确使用和保管。
⑴增砣的定义
增砣是标有标称质量和所适用的杠杆系臂比的具有半径状槽口的圆柱型砝码。
增砣是机械杠杆式台秤、案秤上必不可少的附件之一，其质量准确度相当于M2级砝码的准确度。
台秤和案秤是通过增减增砣盘上的增砣来平衡被称物体质量的主要部分，其余部分通过移动计量杠杆上的游砣来平衡，增砣的标称质量与游砣指示的读数之和为称量结果。
⑵增砣的结构
增砣是由铸铁制造，经过机械加工、天平校对等工序而成。
它由三部分组成，即砣体、砣堵和调整物。
增砣上的分数“1/100”，是标志这个增砣应使用在1/100臂比的秤上。
⑶增砣的允许误差
表1-9增砣的允许误差表
增砣质量/g
2500
2000
1000
500
400
250
200
允许误差/mg
±620
±500
±250
±120
±100
±65
±50
增砣质量/g
100
50
40
25
20
10
/
允许误差/mg
±25
±20
±20
±15
±15
±5
/
由表可以看出，增砣的精度是相当高的。
规程规定：
新制造和修理后的增砣允差只准取正值。
2．产品型号
杠杆增砣式台秤的产品型号是由3个汉语拼音字母和表示最大秤量的阿拉伯数字组成。
例如TGT-500型代号的含义是：
TGT——500型
T——表示秤的类别。
T为台秤，TAI台的汉语拼音第一个字母；
G——表示秤的结构。
G为杠杆结构，GANG杠的汉语拼音第一个字母；
T——表示秤的计量方式。
T为增砣和游砣计量方式。
TUO砣的汉语拼音第一个字母；
500型——表示以kg为单位的最大秤量（500kg）。
3．台秤的结构
TGT台秤是由承重装置、杠杆系统、计量读数装置和秤体4部分组成。
⑴承重装置
承重装置由承重板、承重脚和刀承组成。
承重装置的作用是供放置被称量物体，并将其重力传递给长、短杠杆，并保护长、短杠杆不受直接外力的冲击。
⑵杠杆系统
杠杆系统是由长杠杆、短杠杆和连接环等组成。
作用：
固定承重装置的位置并使其保持水平状态；将承重装置上的重力按一定的正确比例传递到读数装置上；缓冲和稳定被称物体对承重装置的冲击。
⑶读数装置
读数装置是由计量杠杆和游砣、增砣、增砣盘等组成。
作用：
与承重杠杆一起构成台秤的总臂比，是杠杆系的终端，通过增砣的标称值和游砣在标尺上的位置表示出质量值；表现台秤的计量性能，台秤的稳定性、灵敏性、重复性和准确性都是通过计量杠杆反映出来的；通过计量杠杆尾部的平衡调整砣来调整空秤的平衡。
⑷秤体装置
秤体装置是由秤体、连接钩和支点环组成。
4．台秤的工作原理
当被称物体放在台秤的承重板上时，物体的重力通过承重板上的刀承分别把重力传递给长杠杆的重点刀和短杠杆的重点刀，通过连接环将长、短承重杠杆合成后的力传递到长杠杆的合成重点刀，然后通过连杆把长杠杆的合成力点刀上的力传递到计量杠杆上的重点刀，通过计量杠杆与游砣、增砣的重力相平衡。
这样就可以通过游砣的位置，增砣的标称值，称出放置在承重板上物体的质量，即：
被称量物体质量=增砣标称值+游砣所处刻度值
5．台秤的正确使用
台秤的正确使用，不但可以得到准确可靠的称量结果，而且还能保持台秤的计量性能的稳定性，延长台秤的使用寿命。
台秤的正确使用主要应注意以下几点：
⑴使用前，将台秤放置平稳，落实在一个坚实且平坦的地面上，四轮（脚）同时着地，秤体不能倾斜；
⑵使用具有检定合格标志的秤，并在有效期检定周期内使用；
⑶秤上零部件应完好无损，增砣配套齐全，封盖完好并有检定印、证，游砣移动自如；
⑷连续称量时，要经常注意秤的零点状态，每称量10～20次要调整一次零点；
⑸游砣指示边应与标尺分度线平行。
读数时，应注意对正分度线。
预置游砣时，游砣指示应对准相应示值分度线；
⑹放置被称物体时，应注意轻放且尽量放在承重板的中央位置，不要靠碰立柱；
⑺不要超出秤的最大秤量使用，也不要称量小于最小秤量的物体。
⑻经常做好台秤的清洁工作，妥善保管，不准在刀子、刀承工作面上涂油；不要置于腐蚀、潮湿和露天场所；
⑼建立、健全秤的使用保管制度，以保证操作质量。
6．常见故障及排除方法
⑴计量杠杆不摆动
故障产生原因
1平衡调整砣未调整好；
2计量杠杆刀系配置不当；
3系统阻滞zhi过大，示准器下部有粘性物质或磁性；
4承重板及其他零件成错位。
排除方法
1空秤时计量杠杆不平衡，可用平衡调整砣调整。
如计量杠杆上翘，将平衡调整砣朝支点刀方向旋转；如计量杠杆下垂，应将平衡调整砣逆支点刀方向旋转，直到计量杠杆在示准器内均匀摆动或在示准器内呈水平平衡。
2调整刀系，使之配置正确合理。
3清洗有关零部件，如有磁性可将计量杠杆卸下，把力点端零件卸下用退磁机退磁。
4将错位的零件归位。
⑵计量杠杆在平衡位置上颤
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