JJF 1940-2021 电磁天平校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 4 02 0 2 1电磁天平校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rE l e c t r o m a g n e t i cB a l a n c e s 2 0 2 1-1 2-0 8发布2 0 2 2-0 6-0 8实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局电磁天平校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o n f o rE l e c t r o m a g n e t i cB a l a n c e sJ J F1 9 4 02 0 2 1 归 口 单 位:全国质量密度计量技术委员会 主要起草单位:山东省计量科学研究院江苏省计量科学研究院沈阳创原计量仪器有限公司 参加起草单位:浙江省计量科学研究院河南省计量科学研究院沈阳计量研究所中国石油西南油气田分公司天然气研究院 本规范委托全国质量密度计量技术委员会负责解释J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:史 莉(山东省计量科学研究院)刘 炜(江苏省计量科学研究院)董 阳(沈阳创原计量仪器有限公司)参加起草人:葛 锐(浙江省计量科学研究院)何开宇(河南省计量科学研究院)赵 娜(沈阳计量研究所)任 佳(中国石油西南油气田分公司天然气研究院)J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 术语(1)3.2 计量单位(1)4 概述(2)5 计量特性(3)5.1 重复性(3)5.2 电测量范围示值误差(3)5.3 不等臂性误差(3)5.4 多量程电磁天平附加性能(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 校准所用设备(3)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目一览表(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果(7)9 复校时间间隔(8)附录A 电磁天平校准记录格式(9)附录B 校准证书内页格式(1 2)附录C 电磁天平校准结果测量不确定度评定示例(1 3)J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局引 言本规范以J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示为基础性系列规范制定。本规范的计量特性、校准项目和校准方法主要参考O I M LR 7 6:2 0 0 6(E)非自动衡器(N o n-a u t o m a t i cw e i g h i n gi n s t r u m e n t s)、J J G9 82 0 0 6 机械天平、J J G1 0 3 62 0 0 8 电子天平和J J F1 3 2 62 0 1 1 质量比较仪校准规范的相关内容。本规范为首次发布。J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局电磁天平校准规范1 范围本规范适用于电磁天平的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G9 8 机械天平J J G9 9 砝码J J G1 0 3 6 电子天平J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 2 2 9 质量密度计量名词术语及定义J J F1 3 2 6 质量比较仪校准规范O I MLR 7 6:2 0 0 6(E)非自动衡器(N o n-a u t o m a t i cw e i g h i n g i n s t r u m e n t s)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位3.1 术语J J F1 2 2 9和J J F1 0 0 1界定的以及下列术语和定义适用于本规范。3.1.1 电磁天平 e l e c t r o m a g n e t i cb a l a n c e利用杠杆平衡原理与电磁力平衡原理相结合衡量物体质量的天平。注:包括双盘电磁天平和单盘电磁天平。3.1.2 电测量范围 e l e c t r i cm e a s u r e m e n t r a n g e在某一试验载荷下,不借助机械配衡装置,电子系统能够达到连续称量的范围。3.1.3 实际分度值 a c t u a l s c a l e i n t e r v a ld电磁天平以质量单位表示的两个相邻示值之差。注:实际分度值应以11 0k,21 0k或51 0k形式表示,k为正整数、负整数或零。3.2 计量单位质量单位:千克,k g;毫克,m g;克,g;吨,t。1J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局4 概述电磁天平是采用杠杆平衡原理与电磁力平衡原理相结合的工作原理,通过作用于物体上的重力来确定物体质量的数字指示称量仪器。电磁天平具有电磁力平衡机构、杠杆平衡机构、数显控制机构和配衡机构,包括:机械杠杆(含刀子、刀承)、称量盘、配衡系统、电磁力平衡系统、传动装置、外罩和数显控制仪表等。双盘电磁天平为两个秤盘均可用做称量盘的电磁天平,见图1;单盘电磁天平为一侧秤盘用作配衡以平衡另一侧秤盘上被称物体质量的电磁天平,且具有固定安装的配衡机构,见图2。图1 双盘电磁天平结构示意图图2 单盘电磁天平结构示意图 电磁天平可用于砝码质量量值传递、物(气、液)体质量测量,也可作为辅助测量2J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局工具用于确定与质量相关的其他量值(如扭矩、拉压力)的参数或特性。5 计量特性5.1 重复性同一载荷多次衡量结果之间的差值,用测量列的单次实验标准偏差表示。5.2 电测量范围示值误差在电磁天平秤盘施加一定载荷并达到平衡后清零;再在电磁天平称量秤盘上逐渐施加砝码至电测量范围最大秤量,用各载荷点的电磁天平示值与砝码折算质量值之差表示。5.3 不等臂性误差当双盘等臂电磁天平用于直接衡量时,其最大载荷下由横梁不等臂引起的误差。不等臂性误差不适用于单盘电磁天平或专用于砝码量传的双盘电磁天平。5.4 多量程电磁天平附加性能5.4.1 重复性每个量程重复性为该量程最大秤量载荷多次称量结果的重复性。5.4.2 电测量范围称量误差每个量程电测量范围称量误差为在施加该量程最大秤量载荷并达到平衡后,再在一侧秤盘上施加砝码至电磁天平电测量范围最大秤量,各载荷点的电磁天平示值与砝码折算质量值之差。6 校准条件6.1 环境条件电磁天平校准实验室环境应无明显的振动、气流和磁场(地磁场除外)。校准期间温、湿度条件应符合电磁天平使用说明书规定。电磁天平应安装在远离门窗、热源,避免阳光直射的地基上,并用冷光灯照明;地基应平整、坚固、具有良好的刚度及防震。电磁天平室内应避免有侵蚀性气体。6.2 校准所用设备6.2.1 砝码校准所用砝码应符合J J G9 9规定。6.2.1.1 用于校准电测量范围称量误差的砝码,其扩展不确定度不得大于被校电磁天平实际分度值。6.2.1.2 用于校准重复性的砝码其标称值应等于或接近电磁天平最大秤量,或使用其他与最大秤量量值一致的、质量值稳定的替代物。6.2.1.3 用于校准不等臂性误差的砝码应是等于或接近电磁天平最大秤量、标称值相等的一对砝码,或成对的其他质量值稳定的替代物(若适用)。6.2.2 其他有关校准用的器具6.2.2.1 最大允许误差不超过0.2的温度计。3J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局6.2.2.2 相对湿度最大允许误差不超过5%的干湿度计。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目一览表电磁天平的校准项目见表1。表1 校准项目一览表序号项目名称计量特性条目编号1重复性5.12电测量范围示值误差5.23不等臂性误差a(若适用)5.3 a不适用于单盘电磁天平或用于砝码量传的双盘电磁天平。7.2 校准方法7.2.1 准备工作7.2.1.1 外观检查电磁天平应有铭牌,铭牌上应标明名称、型号、编号、制造者、最大秤量、实际分度值、电测量范围等信息。电磁天平横梁升降机构等装置应正常灵活地工作,不应有卡滞现象。指示装置采用数字式显示,数字显示应清晰、完整。对于安装水平泡的电磁天平,可通过调整支脚使电磁天平达到水平。7.2.1.2 多量程电磁天平的附加检查局部称量范围(i=1,2,)规定:di,di+1di。7.2.1.3 通电检查接通电源,数显控制器、秤盘等部件功能应正常。通电后预热时间应符合制造厂说明书规定,通常不少于3 0m i n。7.2.1.4 预操作预热后开关操作不少于3次,观察读数变化。确定电磁天平读数正常,并处于正确平衡状态。7.2.2 重复性采用同一载荷进行重复性校准,校准过程读取平衡位置读数的时间间隔应尽量一致,测量次数一般不少于6次。注:当最大秤量大于1 0 0k g时测量次数允许小于6次。7.2.2.1 试验载荷对于单量程电磁天平,试验载荷选取标称值等于(或接近)电磁天平最大秤量的砝码或其他质量值稳定的替代物。对于多量程电磁天平,每个量程分别进行重复性校准,试验载荷选取标称值等于(或接近)电磁天平该量程最大秤量的砝码或其他质量值稳定的替代物。4J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局7.2.2.2 测量方法a)当电磁天平做非量传使用时利用同一载荷重复加载,以加、卸载一次作为一个测量循环。如果电磁天平具有自动置零或零点跟踪装置,应处于工作状态。如果重复加、卸载的示值依次是I0 1,Ip 1,I0 2,Ip 2,I0n,Ipn,I0(n+1),利用公式(1)计算差值。Ii=Ipi-I0i+I0(i+1)2(1)式中:Ii 第i个循环的差值;Ipi 第i个循环时加载后电磁天平的示值;I0i 第i次循环卸载后电磁天平的示值。b)当电磁天平做量传使用时根据J J G9 9,砝码量传采用替代衡量法,测量循环包括A B B A和A B A两种方式。1)A B B A循环方式利用同一载荷重复加载,以四次示值作为一个测量循环。如果重复加载电磁天平示值依次为I1 1,I1 2,I1 3,I1 4,In1,In2,In3,In4,利用公式(2)计算差值。Ii=Ii2-Ii1+Ii3-Ii42(2)式中:Ii 第i个循环的差值;Ii1,Ii2,Ii3,Ii4 第i次循环的第1,2,3,4次加载示值;i 测量循环序列号,i=1,2,n。2)A B A循环方式利用同一载荷重复加载,以三个示值作为一个测量循环。如果重复加载电磁天平示值依次为I1 1,I1 2,I1 3,I2 1,I2 2,I2 3,In1,In2,In3,利用公式(3)计算差值。Ii=Ii2-Ii1+Ii32(3)式中:Ii 第i个循环的差值;Ii1,Ii2,Ii3 第i次循环的第1,2,3次加载示值;i 测量循环序列号,i=1,2,n。7.2.2.3 数据处理a)测量次数n6利用贝塞尔公式计算电磁天平重复性,见公式(4)。5J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局s=ni=1(Ii-I)n-1(4)式中:s 单次测量的实验标准偏差;Ii 第i个循环的差值;I 多次差值的平均值;i 测量循环序列号;n 测量循环次数。b)测量次数n6利用极差法计算电磁天平重复性,见公式(5)。s=Im a x-Im i nC(5)式中:s 单次测量的实验标准偏差;Im a x 测量差值中的最大值;Im i n 测量差值中的最小值;C 极差系数。测量次数不同,极差系数也不同,见表2。表2 极差系数测量次数n2345极差系数C1.1 31.6 42.0 62.3 37.2.3 电测量范围示值误差7.2.3.1 试验载荷试验载荷为施加在电磁天平双侧秤盘或施加到一侧秤盘或另一侧由配重盘平衡的载荷,且施加载荷后电磁天平达到稳定平衡,并清零。试验载荷的选取满足下列要求:a)单量程电磁天平,试验载荷为最大秤量,或不小于8 0%最大秤量的常用秤量载荷;b)多量程电磁天平,试验载荷选择每个量程的最大秤量,或不小于8 0%最大秤量的常用秤量载荷。7.2.3.2 附加砝码在电磁天平已施加试验载荷后,再在称量一侧秤盘上施加的砝码为附加砝码。7.2.3.3 载荷点电测量范围示值误差校准时,测量点不得少于6个,应包括以下载荷点:a)空载;b)5 0%电测量范围最大值;c)电测量范围最大值。6J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局7.2.3.4 校准程序a)按照7.2.3.1选择试验载荷,施加到电磁天平秤盘上;b)当电磁天平示值稳定后,清零,再按照7.2.3.2逐渐施加附加砝码至电测量范围最大值;c)对于多量程电磁天平,按照7.2.3.1选择不同试验载荷施加到电磁天平秤盘上,重复本条款a)、b)操作。7.2.3.5 数据处理按照公式(6)计算电测量范围不同称量点的示值误差。E=I-m(6)式中:E 示值误差;I 施加附加砝码后电磁天平的示值;m 附加砝码的实际质量值。7.2.4 不等臂性误差7.2.4.1 试验载荷相当于电磁天平最大秤量的一对等量砝码或质量稳定的砝码替代物。7.2.4.2 校准程序a)空载状态,读取示值I1;b)将一对试验载荷分别放在称量盘的中心附近,读取示值I2;c)将试验载荷交换位置后,读取示值I3;d)取下试验载荷读取示值I4。7.2.4.3 数据处理按照公式(7)计算电磁天平的不等臂性。Y=I2+I32-I1+I42(7)式中:Y 电磁天平不等臂性误差;I1、I2、I3、I4 电磁天平在各平衡位置时的示值。注:横梁不等臂性误差Y为正时,表示电磁天平横梁称量盘一侧臂长;为负数时,表示电磁天平横梁称量盘一侧臂短。8 校准结果校准证书或校准报告应至少包含以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点;d)证书唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;7J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局f)被校电磁天平的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性或应用有关时,应说明被校电磁天平的接收日期;h)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)对校准规范的偏离的说明;m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;n)校准结果仅对被校电磁天平有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。9 复校时间间隔电磁天平的复校时间间隔一般由用户根据电磁天平的计量特性和使用状况自行确定,建议最长复校时间间隔不超过1年。8J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录A电磁天平校准记录格式送校单位证书编号制造单位器具名称校准前温度 校准后温度 型号规格出厂编号相对湿度%电测量范围实际分度值d最大秤量M a x标准器标准器证书号有效期至标准器编号标准器准确度等级校准依据校准人员核验人员校准日期 1.重复性1.1 当电磁天平做非量传使用时序号试验载荷P=试验载荷P=读数I()差值I()读数I()差值I()1I0 1PP 1I0 1PP 12I0 2PP 2I0 2PP 23I0 3P3 1I0 3P3 14I0 4PP 4I0 4PP 45I0 5PP 5I0 5PP 56I0 6PP 6I0 6PP 67I0 7PP 7I0 7PP 78I0 8PP 8I0 8PP 89I0 9PP 9I0 9PP 91 0I0 1 0PP 1 0I0 1 0PP 1 0重复性9J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局 1.2 当电磁天平做量传使用时序号试验载荷P=试验载荷P=读数I()差值I()读数I()差值I()1I1 1I1 2I1 3I1 4I1 1I1 2I1 3I1 42I2 1I2 2I2 3I2 4I2 1I2 2I2 3I2 43I3 1I3 2I3 3I3 4I3 1I3 2I3 3I3 44I4 1I4 2I4 3I4 4I4 1I4 2I4 3I4 45I5 1I5 2I5 3I5 4I5 1I5 2I5 3I5 46I6 1I6 2I6 3I6 4I6 1I6 2I6 3I6 47I7 1I7 2I7 3I7 4I7 1I7 2I7 3I7 401J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局序号试验载荷P=试验载荷P=读数I()差值I()读数I()差值I()8I8 1I8 2I8 3I8 4I8 1I8 2I8 3I8 49I9 1I9 2I9 3I9 4I9 1I9 2I9 3I9 41 0I1 0 1I1 0 2I1 0 3I1 0 4I1 0 1I1 0 2I1 0 3I1 0 4重复性 2.不等臂性误差序号载荷左盘右盘平衡位置I1002P1P23P2P1400不等臂性扩展不确定度U(k=2)注:载荷P1与载荷P2为相当于电磁天平最大秤量的一对等量砝码或质量稳定的砝码替代物。3.电测量范围示值误差序号附加砝码m()示值I()误差E()扩展不确定度U(k=2)12345611J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录B校准证书内页格式 校准所依据的规范:J J F1 9 4 02 0 2 1 电磁天平校准规范校准所用计量标准名称:不确定度或准确度等级或最大允许误差:有效期至:校准结果双盘电磁天平:是否砝码量传使用:是否校准环境条件:温度 ;相对湿度%校准项目试验载荷校准结果校准结果的不确定度U(k=2)重复性不等臂性误差*电测量范围示值误差 最大秤量:电测量范围:实际分度值d:校准说明:注:*不适用于单盘电磁天平或用于砝码量传的双盘电磁天平。(以下空白)21J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局附录C电磁天平校准结果测量不确定度评定示例C.1 概述C.1.1 校准依据J J F1 9 4 02 0 2 1 电磁天平校准规范C.1.2 环境条件校准期间温度波动不大于1/h,相对湿度范围为3 0%7 5%。C.1.3 被测对象D 5 0 0k g-1电磁天平,最大秤量5 0 0k g,实际分度值0.0 2g,电测量范围05 0g。C.2 电测量范围示值误差校准结果的不确定度评定评定电测量范围5 0g点时校准结果的不确定度。C.2.1 测量模型E=I-m 式中:m 附加标准砝码折算质量值;I 电磁天平示值;E 示值误差。C.2.2 方差传递公式:u2c(E)=c2Iu2(I)+c2mu2(m)式中:u(E)电测量范围示值误差的测量不确定度;u(I)电磁天平示值引入的校准不确定度;u(m)由附加砝码引入的校准确定度。灵敏系数:cI=EI=1,cm=Em=-1 因此,u2c(E)=u2(I)+u2(m)C.2.3 各输入量的标准不确定度评定C.2.3.1 由电磁天平示值引入的标准不确定度分量u(I)的评定标准不确定度u(I)主要源于电磁天平测量重复性、分辨力和实验室内温度波动等因素。C.2.3.1.1 由测量重复性引入的标准不确定度分量uw的评定重复性校准时,在5 0 0k g载荷下,采用A B B A循环方式,测量次数为1 0,得到的实测值为:31J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局试验载荷P=5 0 0k g序号读数I/g差值I/g序号读数I/g差值I/g1A1 11.8 4A1 21.9 2A1 31.9 2A1 41.8 40.0 86A6 12.0 4A6 22.0 0A6 32.0 0A6 41.9 60.0 02A2 11.8 4A2 21.9 0A2 31.9 0A2 41.8 80.0 47A7 11.9 6A7 21.9 4A7 31.9 4A7 41.9 4-0.0 13A3 11.8 8A3 21.9 6A3 31.9 6A3 41.9 00.0 78A8 11.9 4A8 21.9 0A8 31.9 0A8 41.8 8-0.0 14A4 11.9 0A4 21.9 0A4 31.9 0A4 41.9 4-0.0 29A9 11.8 8A9 21.9 2A9 31.9 2A9 41.9 40.0 15A5 11.9 4A5 21.9 0A5 31.9 0A5 42.0 4-0.0 91 0A1 0 11.9 4A1 0 21.9 6A1 0 31.9 6A1 0 41.9 40.0 2 则单次实验标准偏差s为:s=ni=1(Ii-I)2n-1=0.0 4 8g 电测量范围5 0g示值误差校准时实际仅测量一次,因此,uw=0.0 4 8g。C.2.3.1.2 由分辨力引入的标准不确定度分量ud的评定电磁天平实际分度值d为0.0 2g,以区间半宽的均匀分布估算,k=3,则:ud=d/23=(0.0 2/2)g3=0.0 0 58gC.2.3.1.3 由实验室内温度波动引起的标准不确定度分量uT的评定在进行校准工作期间,实验室内的温度如果发生改变,需考虑由此引起的不确定度分量,采用温度影响的不确定度分量的变化量来表示:41J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局uT=TTKP2 3 该电磁天平温度影响平均特性,TK=0.0 0 31 0-6K-1,测量过程中温度变化量:T=1。即:uT=TTKP2 3=(10.0 0 31 0-65 0 01 03)g2 3=4.31 0-4gC.2.3.1.4 标准不确定度u(I)计算u(I)=u2w+u2d+u2T=0.0 4 82+0.0 0 582+(4.31 0-4)2g=0.0 4 8gC.2.3.2 由附加砝码误差引入的不确定度分量u(m)的评定由附加砝码误差引入的标准不确定度可由以下方式得到:a)如使用砝码标称值,则u(m)=|MP E|/3;b)如使用折算质量修正值,则u(m)=|MP E|/6。该电磁天平校准电测量范围5 0g点示值误差时采用了一个5 0g F1等级砝码,使用砝码标称值。即:u(m)=MP E3=0.0 0 03g3=1.71 0-4gC.2.4 合成标准不确定度计算将各分量不确定度代入方差传递公式,得:uc(E)=u2(I)+u2(m)uc(E)=0.0 4 82+(1.71 0-4)2g=0.0 4 8gC.2.5 扩展不确定度计算取包含因子k=2,电测量范围5 0g点的扩展不确定度:U(E)=kuc(E)=20.0 4 8g=0.0 9 6gC.3 不等臂性误差校准结果的不确定度评定C.3.1 测量模型Y=I2+I32-I1+I42 式中:I1 第一步空载时电磁天平示值;I2 第二步最大载荷时电磁天平示值;I3 第三步左右盘载荷交换后电磁天平示值;I3 第四步空载时电磁天平示值。C.3.2 方差传递公式uc2(Y)=c2I 1u2(I1)+c2I 2u2(I2)+c2I 3u2(I3)+c2I 4u2(I4)51J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局 式中:u(Y)不等臂误差的测量不确定度;u(I1)第一步空载时电磁天平示值引入的不确定度分量;u(I2)第二步最大载荷时电磁天平示值引入的不确定度分量;u(I3)第三步左右盘载荷交换后电磁天平示值引入的不确定度分量;u(I4)第四步空载时电磁天平示值引入的不确定度分量。灵敏系数:cI 1=YI1=-12,cI 2=YI2=12,cI 3=YI3=12,cI 4=YI4=-12 因此,u2c(Y)=14u2(I1)+14u2(I2)+14u2(I3)+14u2(I4)C.3.3 各输入量的标准不确定度评定由电磁天平示值引入的标准不确定度分量u(I1)、u(I2)、u(I3)、u(I4)主要源于电磁天平测量重复性、分辨力和实验室内温度波动等因素。因此:u(I1)=u(I2)=u(I3)=u(I4)=u(I)=0.0 4 8gC.3.4 合成标准不确定度计算将各分量不确定度代入方差传递公式,得:uc(Y)=14u2(I1)+14u2(I2)+14u2(I3)+14u2(I4)uc(Y)=140.0 4 82+140.0 4 82+140.0 4 82+140.0 4 82g=0.0 4 8gC.3.5 扩展不确定度取包含因子k=2,得到不等臂误差的扩展不确定度:U(Y)=kuc(Y)=20.0 4 8g=0.0 9 6g61J J F1 9 4 02 0 2 1市场监管总局市场监管总局