作者：Heikki Laurila 发布时间：2018年3月20号 下午3:21:10
在本文中,我将介绍在实际校准称重秤/仪器时应执行的实际注意事项和不同的测试。
称重秤、称重仪器、称重天平…不同的场景使用不同的术语。我将主要在本文中使用”衡器”一词。
称量仪器/秤/天平,广泛应用于工业的各种测量。有些衡器是尺寸为几克的小型实验室仪器,非常精确。虽然一些工业衡器是非常大的,例如,测量卡车的质量。在我们的日常生活中到处都可看或用到衡器,例如,当我们在杂货店里称重蔬菜。
与任何测量仪器一样,衡器也应定期校准,以确保它们正确、准确地测量。正确的计量可追溯校准是了解衡器测量准确程度的唯一方法。
许多称重工具用于法定测量或测量,或用作货币转移基础的测量,这些是基于立法的法律或法定验证流程的一部分。通常,衡器的校准基于质量系统(如 ISO9000)、医疗卫生、交通(航空、海运)安全或法医调查。
有衡器及其校准的专门法规(EURAMET 校准指南,NIST 手册 44,OIML);本文稍后将介绍这些注意事项。 在本文中,重点是研究在实际校准称重仪器时应执行的实际注意事项和不同的测试。
校准称重秤/仪器
让我们先看一下校准前应该做的一些准备,然后看看应该做不同的测试。
1.校准前的准备
在开始校准称重仪器之前,应清楚明白一些事项并做好准备。
您应该了解衡器的技术特性(最大重量、d 值)、精度要求(允许的最大误差和不确定性),以及校准失败(调整)时应该怎么做。
通常,整个测量范围都是可校准的,校准在仪器使用的位置进行。确保您有足够重量的称重砝码用于校准。
衡器应至少在校准前30 分钟打开。重量的温度应稳定到进行校准的相同温度。
衡器应水平放置,尤其是对于小型且精准的称重仪器。通过将砝码置于仪器最大量程附近进行预测试,并确保其正常工作。
如果衡器在校准中失败，经过调整,则应在调整前进行”校准前”校准,并在调整后进行”校准后”校准。
接下来,让我们看一下校准期间应该执行的不同测试。
2.偏心度测试
在正常使用衡器时,负载并不总是完全放置在负载受体的中心。有时,衡器的结果可能略有不同,具体取决于负载是否放置在负载受体上的不同位置。为了测试负载位置的影响程度,进行了偏心测试。
在偏心测试中,参考载荷放置在负载受体上的几个不同的指定位置。首先,负载放置在负载受体的中心(负载的重心),并观察结果。接下来,负载被放置在负载受体的四个不同扇区,如下图所示。
上图适用于矩形和圆形负载受体,但在实践中自然有许多不同的负载受体形状,负载的位置会有所不同。标准 OIML R76 和 EN 45501 将为不同的负载受体形状提供指导。
校准程序应指定在测试期间将负载放置到何处,校准结果(以证书格式)还应记录位置。
偏心测试中使用的测试负载应至少为称重仪器最大负载的三分之一 (1/3)。如果可能,最好仅使用一个测试负载进行测试。这样,可以更容易地确定负载的重心位于指定位置。对于具有多个范围的称重仪器,偏心度测试应在最大量程内进行。
由于偏心度测试的目的是找出负载位置引起的差值,因此没有必要进行精确的标定负载。通过测试使用相同的负载自然很重要。
如果偏心度测试也用于确定指示的误差,则应使用校准的负载。
偏心测试程序
指示在测试前归零。测试负载被放置在位置 1 并记录指示。然后,测试负载移动到位置 2 到 5,并在每个位置记录指示。最后,将测试负载再次放置在位置 1,以检查指示是否偏离位置 1 中的先前指示。
可以在每个位置之间检查零,以查看其有未更改。如有必要,仪器可以在每次测试之间归零。
或者,当负载位于位置 1 时,您也可以对仪器进行处理,因为这样可以更容易地看到位置之间的任何差异。
3.可重复性测试
与任何仪器一样,称重仪器也可能出现可重复性问题。这意味着,当对同一负载进行多次测量时,结果并不总是完全相同的。为了了解仪器的可重复性,进行了可重复性测试。
重复性测试通过多次更换负载受体上同一位置的相同负载(以避免任何偏心误差)来执行。测试应在相同和恒定的条件下进行,并且处理方式相同。
使用的负载应接近仪器的最大负载。通常,重复性测试仅用一个负载完成,但也可以通过几个不同的负载值单独完成。
负载不一定需要的是校准负载,因为目的是找出可重复性。如果可能,使用的负载应为单个负载(不是几个小负载)。
重复性测试通常通过连续重复测量至少 5 次来完成。对于范围大(超过 100 kg / 220 磅)的仪器,应至少进行 3 次。
在可重复性测试中,仪器首先归零,然后将负载施加在负载受体上,并在稳定后记录指示。然后,将移除负载,并在必要时检查零指示并归零。然后再次放置负载,等等。
对于多量程仪器,负载接近但低于第一量程的最大值通常就足够了。
4.称重测试
称重测试的目的是分步骤测试称重仪器在整个量程内的精度(校准),并随着重量增加或减少而改变。
最常见的做法如下:首先将仪器归零不带任何负载。设置第一个测试点的负载,等待稳定,并记录指示。通过所有增加的测试点继续增加负载。记录最大负载后,开始通过减少的测试点降低负载。
在某些情况下,称重仪器只能通过增加的负载或仅减少负载进行校准。通常使用 5 到 10 个不同的负载(测试点)。最高负载应接近仪器的最大负载。最小测试负载可以是最大负载的 10%,也可以是通常使用的最小重量。
通常,选择测试点,以便它们在整个范围内平均分布。更多测试点可用于仪器的典型使用范围。
使用多范围仪器时,每个系列均应单独校准。
线性
在称重测试中,通过仪器的测量范围使用多个点有助于揭示线性度的任何问题。线性问题意味着仪器在整个范围内测量的精度不相等。即使零和满量程都是正确的,量程中间也可能有误差,称为线性误差或非线性(或非线性)。
下图是非线性的一般说明。即使仪器的零和满量程调整正确,由于仪器的非线性,在中量程有误差:
迟滞性
迟滞性是当测试点随着重量的增加或减少接近时的指示差异。要找出仪器中的任何迟滞问题,您需要用增加点和递减点进行校准。
在称重测试中,当增加或减少负载时,重要的是不要超调或欠调。这意味着,当您增加负载时,您必须以增加的重量接近每个测试点。您不应该添加太多的重量,然后删除它,因为这样您失去了迟滞的信息。
同样,在减少点时,请确保接近的每一个点的重量都在下降。显然,为了能够做到这一点,测试负载的使用应该提前计划好。
下图是迟滞的一般例证。校准仪器时,增加和减少校准点的结果是不同的:
5.最小重量测试
最小重量测试是一种并不总是需要做的测试。这种测试是某些行业(如制药行业)所必需的。
最小重量测试的目的是在达到可靠的测量结果和满足精度要求的同时,找到可测量的最小负载。当测量值变小时,读数的相对误差通常更高。称重仪器不应用于测量小于最小负载的任何负载。
对于最小重量测试,两个主要标准有不同的方法。让我们快速了解一下这些:
美国药典(第41章)
在近年来的标准规格改变后,它不再指最小称重测试,而是要求通过找到仪器的重复性(2 倍标准偏差)为读数的0.1%来确定仪器的最小工作范围。
实际上,在某些情况下,标准偏差可能非常小,但要测量的最小重量无论如何不应小于实际刻度间隔 (d) 的 820 倍。
EURAMET 校准指南 18 (附录 G)
计算每个校准点的测量不确定性和最小可用负载的原理是,不确定性仍然足够小,足以满足仪器的要求。
除了上述标准要求外,制药行业的要求还需要单独的最小称重测试,其中多次测量小测试负载,以找出负载较小的仪器的准确性。
6.其他测试
标准中还指定了一些其他测试,尽管这些测试通常不在正常校准期间完成,但可以作为一种批准测试或在初始验证中执行。
这些测试的示例包括:
- 皮重测试
- 鉴别测试
- 指示随时间的变化测试
- 磁相互作用测试
相关白皮书中的其他主题
为了避免此博客文章来过长,请下载相关的白皮书（英文）,以阅读更多有关此主题的信息。白皮书讨论了以下其他主题:
权重
- 重量的处理
- 标称质量/常规质量
- 重量校准
- 局部重力
- 空气浮力
- 对流的影响
- 替换负载
校准证书
- 校准证书应包括哪些信息。
不确定性
- 什么样的因素会导致称重仪器校准的不确定性?
仪器类、容差类、最大允许误差
相关 Beamex 产品
在许多其他功能中,Beamex CMX 校准管理软件具有用于校准衡器的专用功能。它已经有10多年的历史。CMX 支持各种测试,如:偏心度测试、重复性测试、称重测试和最小称重测试。OIML 和 NIST 手册(包括最新的 USP 41 更新)精度等级均可支持。该功能既可与计算机一起使用,也可以与移动设备一起使用。
有关 Beamex CMX 及其称重仪器校准模块的更多信息,请访问 CMX 产品页面并阅读手册,或联系 Beamex。
相关参考
此主题最相关的参考文献包括但不限于:
- EURAMET 校准指南 18,版本 4.0 (11/2015)
- EN 45501:2015 – 非自动称重仪器的计量方面
- NIST 手册 44 (2017 版) – 称重和测量设备的规格、公差和其他技术要求
- 美国药典公约[第41章平衡] (2014) (缩写”USP 41″用于博客文本)
- EA-4/02 (2013) – 校准中测量不确定性的评估
- JCGM 100:2008 – 测量数据评估 • 测量不确定表达指南
- JCGM 200:2008 – 计量国际词汇 – 基本和一般概念及相关术语
- OIML R76-1 – 非自动称重仪器第 1 部分:计量和技术要求 . 测试
- OIML R 111 – OIML R111: E1、E2、F1、F2、M1、M1-2、M2、M2-3 和 M3 等级的权重
- 指令 2009/23/EC (2009) – 非自动称重仪器
