稱重秤校準 – 如何校準稱重儀器
作者：Heikki Laurila? 發布時間：2018年3月20號?下午3:21:10
在本文中,我將介紹在實際校準稱重秤/儀器時應執行的實際注意事項和不同的測試。
稱重秤、稱重儀器、稱重天平…不同的場景使用不同的術語。我將主要在本文中使用”衡器”一詞。
稱量儀器/秤/天平,廣泛應用于工業的各種測量。有些衡器是尺寸為幾克的小型實驗室儀器,非常精確。雖然一些工業衡器是非常大的,例如,測量卡車的質量。在我們的日常生活中到處都可看或用到衡器,例如,當我們在雜貨店里稱重蔬菜。
與任何測量儀器一樣,衡器也應定期校準,以確保它們正確、準確地測量。正確的計量可追溯校準是了解衡器測量準確程度的唯一方法。
許多稱重工具用于法定測量或測量,或用作貨幣轉移基礎的測量,這些是基于立法的法律或法定驗證流程的一部分。通常,衡器的校準基于質量系統(如 ISO9000)、醫療衛生、交通(航空、海運)安全或法醫調查。
有衡器及其校準的專門法規(EURAMET 校準指南,NIST 手冊 44,OIML);本文稍后將介紹這些注意事項。 在本文中,重點是研究在實際校準稱重儀器時應執行的實際注意事項和不同的測試。
校準稱重秤/儀器
讓我們先看一下校準前應該做的一些準備,然后看看應該做不同的測試。
1.校準前的準備
在開始校準稱重儀器之前,應清楚明白一些事項并做好準備。
您應該了解衡器的技術特性(最大重量、d 值)、精度要求(允許的最大誤差和不確定性),以及校準失敗(調整)時應該怎么做。
通常,整個測量范圍都是可校準的,校準在儀器使用的位置進行。確保您有足夠重量的稱重砝碼用于校準。
衡器應至少在校準前30 分鐘打開。重量的溫度應穩定到進行校準的相同溫度。
衡器應水平放置,尤其是對于小型且精準的稱重儀器。通過將砝碼置于儀器最大量程附近進行預測試,并確保其正常工作。
如果衡器在校準中失敗，經過調整,則應在調整前進行”校準前”校準,并在調整后進行”校準后”校準。
接下來,讓我們看一下校準期間應該執行的不同測試。
2.偏心度測試
在正常使用衡器時,負載并不總是完全放置在負載受體的中心。有時,衡器的結果可能略有不同,具體取決于負載是否放置在負載受體上的不同位置。為了測試負載位置的影響程度,進行了偏心測試。
在偏心測試中,參考載荷放置在負載受體上的幾個不同的指定位置。首先,負載放置在負載受體的中心(負載的重心),并觀察結果。接下來,負載被放置在負載受體的四個不同扇區,如下圖所示。
上圖適用于矩形和圓形負載受體,但在實踐中自然有許多不同的負載受體形狀,負載的位置會有所不同。標準 OIML R76 和 EN 45501 將為不同的負載受體形狀提供指導。
校準程序應指定在測試期間將負載放置到何處,校準結果(以證書格式)還應記錄位置。
偏心測試中使用的測試負載應至少為稱重儀器最大負載的三分之一 (1/3)。如果可能,最好僅使用一個測試負載進行測試。這樣,可以更容易地確定負載的重心位于指定位置。對于具有多個范圍的稱重儀器,偏心度測試應在最大量程內進行。
由于偏心度測試的目的是找出負載位置引起的差值,因此沒有必要進行精確的標定負載。通過測試使用相同的負載自然很重要。
如果偏心度測試也用于確定指示的誤差,則應使用校準的負載。
偏心測試程序
指示在測試前歸零。測試負載被放置在位置 1 并記錄指示。然后,測試負載移動到位置 2 到 5,并在每個位置記錄指示。最后,將測試負載再次放置在位置 1,以檢查指示是否偏離位置 1 中的先前指示。
可以在每個位置之間檢查零,以查看其有未更改。如有必要,儀器可以在每次測試之間歸零。
或者,當負載位于位置 1 時,您也可以對儀器進行處理,因為這樣可以更容易地看到位置之間的任何差異。
3.可重復性測試
與任何儀器一樣,稱重儀器也可能出現可重復性問題。這意味著,當對同一負載進行多次測量時,結果并不總是完全相同的。為了了解儀器的可重復性,進行了可重復性測試。
重復性測試通過多次更換負載受體上同一位置的相同負載(以避免任何偏心誤差)來執行。測試應在相同和恒定的條件下進行,并且處理方式相同。
使用的負載應接近儀器的最大負載。通常,重復性測試僅用一個負載完成,但也可以通過幾個不同的負載值單獨完成。
負載不一定需要的是校準負載,因為目的是找出可重復性。如果可能,使用的負載應為單個負載(不是幾個小負載)。
重復性測試通常通過連續重復測量至少 5 次來完成。對于范圍大(超過 100 kg / 220 磅)的儀器,應至少進行 3 次。
在可重復性測試中,儀器首先歸零,然后將負載施加在負載受體上,并在穩定后記錄指示。然后,將移除負載,并在必要時檢查零指示并歸零。然后再次放置負載,等等。
對于多量程儀器,負載接近但低于第一量程的最大值通常就足夠了。
4.稱重測試
稱重測試的目的是分步驟測試稱重儀器在整個量程內的精度(校準),并隨著重量增加或減少而改變。
最常見的做法如下:首先將儀器歸零不帶任何負載。設置第一個測試點的負載,等待穩定,并記錄指示。通過所有增加的測試點繼續增加負載。記錄最大負載后,開始通過減少的測試點降低負載。
在某些情況下,稱重儀器只能通過增加的負載或僅減少負載進行校準。通常使用 5 到 10 個不同的負載(測試點)。最高負載應接近儀器的最大負載。最小測試負載可以是最大負載的 10%,也可以是通常使用的最小重量。
通常,選擇測試點,以便它們在整個范圍內平均分布。更多測試點可用于儀器的典型使用范圍。
使用多范圍儀器時,每個系列均應單獨校準。
線性
在稱重測試中,通過儀器的測量范圍使用多個點有助于揭示線性度的任何問題。線性問題意味著儀器在整個范圍內測量的精度不相等。即使零和滿量程都是正確的,量程中間也可能有誤差,稱為線性誤差或非線性(或非線性)。
下圖是非線性的一般說明。即使儀器的零和滿量程調整正確,由于儀器的非線性,在中量程有誤差:
遲滯性
遲滯性是當測試點隨著重量的增加或減少接近時的指示差異。要找出儀器中的任何遲滯問題,您需要用增加點和遞減點進行校準。
在稱重測試中,當增加或減少負載時,重要的是不要超調或欠調。這意味著,當您增加負載時,您必須以增加的重量接近每個測試點。您不應該添加太多的重量,然后刪除它,因為這樣您失去了遲滯的信息。
同樣,在減少點時,請確保接近的每一個點的重量都在下降。顯然,為了能夠做到這一點,測試負載的使用應該提前計劃好。
下圖是遲滯的一般例證。校準儀器時,增加和減少校準點的結果是不同的:
5.最小重量測試
最小重量測試是一種并不總是需要做的測試。這種測試是某些行業(如制藥行業)所必需的。
最小重量測試的目的是在達到可靠的測量結果和滿足精度要求的同時,找到可測量的最小負載。當測量值變小時,讀數的相對誤差通常更高。稱重儀器不應用于測量小于最小負載的任何負載。
對于最小重量測試,兩個主要標準有不同的方法。讓我們快速了解一下這些:
美國藥典(第41章)
在近年來的標準規格改變后,它不再指最小稱重測試,而是要求通過找到儀器的重復性(2 倍標準偏差)為讀數的0.1%來確定儀器的最小工作范圍。
實際上,在某些情況下,標準偏差可能非常小,但要測量的最小重量無論如何不應小于實際刻度間隔 (d) 的 820 倍。
EURAMET 校準指南 18 (附錄 G)
計算每個校準點的測量不確定性和最小可用負載的原理是,不確定性仍然足夠小,足以滿足儀器的要求。
除了上述標準要求外,制藥行業的要求還需要單獨的最小稱重測試,其中多次測量小測試負載,以找出負載較小的儀器的準確性。
6.其他測試
標準中還指定了一些其他測試,盡管這些測試通常不在正常校準期間完成,但可以作為一種批準測試或在初始驗證中執行。
這些測試的示例包括:
- 皮重測試
- 鑒別測試
- 指示隨時間的變化測試
- 磁相互作用測試
相關白皮書中的其他主題
為了避免此博客文章來過長,請下載相關的白皮書（英文）,以閱讀更多有關此主題的信息。白皮書討論了以下其他主題:
權重
- 重量的處理
- 標稱質量/常規質量
- 重量校準
- 局部重力
- 空氣浮力
- 對流的影響
- 替換負載
校準證書
- 校準證書應包括哪些信息。
不確定性
- 什么樣的因素會導致稱重儀器校準的不確定性?
儀器類、容差類、最大允許誤差
相關 Beamex 產品
在許多其他功能中,Beamex CMX 校準管理軟件具有用于校準衡器的專用功能。它已經有10多年的歷史。CMX 支持各種測試,如:偏心度測試、重復性測試、稱重測試和最小稱重測試。OIML 和 NIST 手冊(包括最新的 USP 41 更新)精度等級均可支持。該功能既可與計算機一起使用,也可以與移動設備一起使用。
有關 Beamex CMX 及其稱重儀器校準模塊的更多信息,請訪問 CMX 產品頁面并閱讀手冊,或聯系 Beamex。
相關參考
此主題最相關的參考文獻包括但不限于:
- EURAMET 校準指南 18,版本 4.0 (11/2015)
- EN 45501:2015 – 非自動稱重儀器的計量方面
- NIST 手冊 44 (2017 版) – 稱重和測量設備的規格、公差和其他技術要求
- 美國藥典公約[第41章平衡] (2014) (縮寫”USP 41″用于博客文本)
- EA-4/02 (2013) – 校準中測量不確定性的評估
- JCGM 100:2008 – 測量數據評估 ? 測量不確定表達指南
- JCGM 200:2008 – 計量國際詞匯 – 基本和一般概念及相關術語
- OIML R76-1 – 非自動稱重儀器第 1 部分:計量和技術要求 . 測試
- OIML R 111 – OIML R111: E1、E2、F1、F2、M1、M1-2、M2、M2-3 和 M3 等級的權重
- 指令 2009/23/EC (2009) – 非自動稱重儀器
