电子衡器测量不确定度的相关问题探讨

单鹏飞 SHAN Peng-fei；季华 JI Hua

（泰州市计量测试技术研究所，泰州 225300）

（Taizhou Metrological Testing Technology Research Institute，Taizhou 225300，China）

摘要： 电子衡器是随着社会的发展，经济、技术水平均显著提高出现在市面中的新兴产物，但是由于各个电子衡器的功能与性质存在一定的差别，使计量检定工作面临严峻的挑战。本文以电子衡器为研究对象，针对于测量中不确定度的相关问题进行探讨。

Abstract: The electronic weighing instrument is a newly appeared product with the social development and the improvement of economic and technical levels. But the functions and properties of different electronic weighing instruments are different, so metrology work is facing severe challenges. This paper discusses the uncertainty in measurement of electronic weighing instrument.

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关键词 ： 电子衡器；计量；不确定度；探讨

Key words: electronic weighing instrument；metering；uncertainty；discussion

中图分类号：TH715 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0042-02

作者简介：单鹏飞（1986-），男，吉林长春人，本科，助理工程师，检定员。

衡器是利用力的杠杆平衡原理测定物体质量的仪器，主要品种包括天平、台秤、地中衡、邮政称等等。自上世纪50年代中期，电子技术已经开始渗透到衡器的发展中。电子衡器主要有称重承载器、称重传感器、称重仪表三个部分组成，配有电子称量装置。电子衡器的原理是，当我们把物体放在电子称台上，作用在承载器上的力的大小，通过传感器转换成电子信号，最后会以模拟或数字的形式在称重表上显示出来。电子衡器的使用大大缩短了工作时间，提高了劳动效率，降低了劳动强度，也给企业的质量检查、管理提供了准确、可靠的参考依据。

测量不确定度是指表征合理地赋予被测量之值的分散性与测量结果相联系的参数。

测量不确定度的不确定性体现在测量结果的误差性、测量结果的可靠性以及不肯定程度，并以参数的形式来反映测量结果的质量。由于获取的测量值会受到各种因素的影响，导致其具有分散性特点，尽管每次得到的测量值都是不同的，但具有一定的规律，是按照一定概率分散在某个数值区间的，并且这种概率也具有一定的分散性特征。测量不确定度就反映出被测量值的分散性参数依据的就是这种分散性特征，利用这种特征还能够确定测量结果的数据与真值的接近程度。如果利用标准差或标准偏差的数据值来表示测量不确定度，就可以把这种分散性特征表征化。在实际使用时，就可以利用测量不确定度来计算测量结果的置信区间，因此测量不确定度可以用标准偏差和置信区间的半宽度来表示。

很多人认为不确定度就是误差，其实不确定度与误差虽然有联系，但还是存在很大区别的。所谓误差，是在正确测量的前提下，所测得的数值和真实值之间的差异。虽然不确定度的研究手段和误差相似，但是从本质上讲，两者还是存在着很大的差异，测量不确定度是以误差理论为基础产生和发展起来的。两者的差异主要体现在定义上，测量不确定度分析和评定的是整个测量过程的分散性数据，它是一个数值区间，而测量误差反映出的是测量结果与真值之间的差度值。

在具体操作上，测量不确定度和测量误差也具有一定的区别，虽然两者都是估计值，不能够代表真实值，不能用来对量值进行修正，但是测量不确定度的过程很容易受到人为因素的影响，而误差几乎不受测量人员的专业水平、认识程度的影响，是一种更客观存在的现象，根据测量的性质不同它的分类也是千差万别的，甚至有时它还可以对测量进行修正。从两者的具体操作过程中不难发现，两者在很多方面都存在不同之处，只有把这些不同之处都弄清楚，才能更好地将测量不确定度运用到计量检测工作中，避免与误差测量工作混为一谈。

要想保证不确定度评定最终结果的准确性，必须对测量结果的不确定来源进行合理的分析。首先应明确以下几方面对该结果有着直接的影响：验室对测量控制体系的控制和评定人员对测量原理、方法的理解。因此要想正确评定测量结果不确定度，必须对测量结果不确定来源进行准确分析和识别。由于测量结果有很多不确定度来源，可以详细分成以下几种情况：

第一、按不确定度的来源途径分类。批量物质物理特性的不确定度来源应至少包括三个部分。首先，批量样品的代表性导致的取样不确定度分量。由于很多天然物质的属性都是非均匀的或称具有分散性，或者有些测量是破坏性的等原因的限制，必须进行抽样测量，客观上导致了测量结果的不确定度。其次，样品的均匀性导致的制样不确定度分量。由于试样样品是从批样中选出的，和批量样品的代表性导致的取样不确定度分量原理一致，样品的均匀性也会导致的制样不确定度分量。最后，测量导致的测量结果的不确定度分量，其包括被测量定义不完整和测量、测量程序不理想两部分导致测量、测量结果不确定度。被测量定义不完整将导致方法偏差，可通过标准物质的测量进行评定。测量程序可能的不确定度来源则包括以下因素：①制备试样；②标准物质；③试剂的纯度；④测量、测量设备；⑤环境；⑥测量（分析）数据的采集；⑦引用数据和其他参数的不确定度；⑧数据的处理；⑨测量结果按方法标准规定的精度进行修约导致的最终报告结果的不确定度。需要注意的是：不管是有组织的能力验证还是单个实验室的测量，都具有一定的局限性。一般来说，“测量不确定度”并不是指批量物质物理特性的不确定度，而是指测量/测试程序导致的结果不确定度。

第二、按不确定度输入量与输出量的因果关系分类：①导致系统效应不确定度的分量：标准物质的溯源，标准物质和参考标准物质必须溯源至国际单位或约定真值得完整结果；不明确的被测量定义；仪器校准值偏差，仪器示值MPE；复现被测量的测量/测试方法不理想；引用数据或其他参量。②导致随机效应不确定度的分量：取样不确定度；环境影响；被测量特性的重复性。

在计量检定电子测量装置的过程中，不仅仅是要获得测量结果，更重要的是在这个过程中得到标准的不确定度和扩展不确定度。就拿家用中的电能表来说，由于家用的很多电器都与电能表有着很大的关系，它的作用不可或缺，所以很有必要对其不确定度进行测量。在测量检定的过程中，首先需要充分的考虑各种可能影响不确定度的因素，再严格的按照相关的规范步骤计算出扩展不确定度。其次，由于测量检定电能表时使用到了标准装置，和不确定度的测量的检定方法几乎一致，所以也必须考虑到在不确定度的测量检定过程中可能出现的各种影响因素。为了保证相关报告证书的清晰、准确，在编写和出示该证书时应该把各项数据都一一列出。此外在计量检定出租车的计时计价器时，仅仅从计价器的不同收费时段这个角度进行分析是不够的，还必须整合各阶段分散化的数据值，把这些数据值合成标准的不确定度，进而计算出扩展不确定度，并且合成标准不确定度和扩展不确定度都应该包含在测量报告中，根据计时器的使用误差值计算得出实测使用误差，给出相应的误差表达式。综上所述不难发现，运用不确定度测量，能够对系统装置复杂的计量检定提供多个参量，保证测量结果的准确性和稳定性。

虽然，我国的电子衡器产业进入了快速发展的通道，产品也开始有了质的变化。无论是产品的结构还是制造水平，都有了跨越式的进展，已经开始设计并制造运行快、计量准确、精密度高的各类电子衡器。不过与发达国家相比较，无论是技术层面、规模、品种等诸多方面还是有着不小的差距，特别是在长期稳定性、精确度、可靠性等方面有待提高。

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