檢衡車整車質量對地磅稱量測試結果的不確定度分析

一、概述

    檢衡車對地磅進行稱量測試時，由于燃油消耗，檢衡車整車質量處于變化狀態，不符合計量標準器對穩定性的要求。為了能夠實時監控檢衡車整車質量的變化，我們對檢衡車進行了改造，在檢衡車的油箱加裝溫度變送器和液位變送器，形成檢衡車整車質量實時監控系統。并向國家質檢總局申報了《地磅計量檢定系統》科技計劃項目，現已經過國家質檢總局驗收通過。在對地磅計量檢定的過程中，JJG539-1997《數字指示秤檢定規程》替代法僅開展稱量測試和重復性測試等檢定項目，沒有對檢衡車整車質量實時監控系統進行測試的規定。因此，有必要對測量不確定度進行評定。
    根據質量與體積的關系，其測量模型為
    Δm=m1-m
    式中:Δm——測量誤差；m1——電子汽車衡稱量測試結果；m——檢衡車整車實時質量。
    m=m0+ρv=m0+〔ρ20-(t-20)y〕(h/1.77)
    式中:m——檢衡車整車實時質量；m0——檢衡車油箱無油時的質量；v——油箱油料體積；h——油箱液位高度；ρ——t溫度下的密度；ρ20——20℃下的標準密度；t——當前油箱溫度；y——溫度系數；1.77——試驗常數。
    

二、標準不確定度的來源分析

    檢衡車整車質量對地磅進行稱量測試結果的不確定度包括:重復性引入的不確定度分量；檢衡車車載砝碼引入的不確定度分量；檢衡車車損變化引入的不確定度分量(潤滑油、剎車油、玻璃水、工具箱、防凍液、車體磨損、落塵等)；檢衡車油箱的溫度測量引入的不確定度分量；檢衡車油箱的液位測量引入的不確定度分量。
    其中，由重復性引入的不確定度分量用測量不確定度的A類評定，其他因素引入的不確定度分量用測量不確定度的B類評定。
    

三、標準測量不確定度評定

    1.由測量重復性引入的不確定度分量為u1(A類評定)
    在經計量檢定合格的穩定性和重復性較好的電子汽車衡上面，對檢衡車整車質量進行10次稱量測試，得出的數據結果如表1所示。
    

    表1  稱量測試值、平均值及實驗標準差  單位:kg
    平均值:
    實驗標準差:
    即由測量重復性引入的不確定度分量為u1=s=0.843kg。
    2.測量不確定度的B類評定
    (1)檢衡車車載砝碼引入的不確定度分量u2
    依據JJG99-2006《砝碼檢定規程》的規定:M1等級1000kg的每個砝碼的最大允許誤差為±0.05kg，假設均勻分布，可得，則
    

    M1等級1000kg×10個砝碼之間是不相關的，則引入的不確定度分量為
    

    即由檢衡車車載砝碼引入的不確定度分量u2為0.091kg。
    (2)檢衡車車損變化引入的不確定度分量u3
    由實際經驗估計得，檢衡車車損變化的最大極限值為±0.6kg，假設均勻分布，可得，則
    

    即由檢衡車車損變化引入的不確定度分量為0.346kg。
    (3)溫度測量引入的不確定度分量u4
    溫度變送器的測量范圍:-30℃～50℃，準確度等級:0.2級。即可得溫度變送器的量程為80℃，其最大允許誤差為±0.16℃。假設均勻分布，可得，則
    

    即由溫度變送器引入的不確定度分量u4為0.092℃。
    (4)液位測量引入的不確定度分量u5
    液位變送器的測量范圍:0～500mm，準確度等級:0.1級。即可得液位變送器的量程為500mm，其最大允許誤差為±0.5mm。假設均勻分布，可得，則
    

    即由液位變送器引入的不確定度分量u5為0.289mm。
    

四、合成標準不確定度的計算

    1.靈敏系數
    本次參與不確定度評定所用數據如下:
    檢衡車所加油料為0#柴油，即ρ20=0.835kg/L，溫度系數y=0.00068；液位變送器顯示值為497.6mm，即h=497.6mm。考慮到極端天氣下的稱量測試，t取-20℃～35℃，當t取-20℃時影響分量最大，即t=-20℃。則
    

    2.標準不確定度匯總(見表2)
    

   表2  標準不確定度匯總一覽表
    3.合成標準不確定度的計算
    各不確定度分量間彼此獨立不相關，則合成標準不確定度為
    

五、擴展不確定度計算

    取包含因子k=2，其擴展不確定度為U=kuc=2×0.93=1.86kg
    根據測量不確定度數字修約規則的規定，可以得出U=2.0kg。
    

六、不確定度的報告及表示

    檢衡車整車質量實時監控裝置的擴展不確定度為U=2.0kg，k=2。
    經評定得出的不確定度滿足計量檢定中替代法的要求。