JJG1130-2016托盘扭力天平检定规程宣贯培训

盘扭力天平检定规程 宣贯教材 录 第一章 扭力天平的简单介绍 . 1 1. 定义与分类. 1 2. 区别与联系. 2 第二章 规程的编写说明 . 4 第三章 托盘扭力天平检定规程解读 . 5 1. 范围 . 5 2. 引用文件 . 5 3. 概述 . 6 4. 术语和计量单位 . 7 5. 计量性能要求 . 7 6 通用技术要求 . 8 7 计量器具控制 . 10 第四章 托盘扭力天平测量结果的不确定度评定 . 15 1. 概述 . 15 2. 托盘扭力天平分度值的标准不确定度u(. 15 3. 横梁不等臂性误差的标准不确定度u(Y). 16 4 重复性的标准不确定度u（）. 17 附录A . 19 附录B . 20 附录C . 21 1 第一章 扭力天平的简单介绍 1. 定义与分类 扭力天平是利用弹性元件的变形所产生的扭转力矩与被测量重力所产生的重力矩相互平衡的原理来测量被测物体质量的天平。（于此类天平精度高、体积小、价格便宜，在上世纪80年代初被广泛应用于工业、冶金、医疗和卫生等行业。 扭力天平按其结构和工作原理可以分为托盘扭力天平和精密扭力天平。 托盘扭力天平等臂杠杆式的上皿托盘扭力天平（如图 1）。托盘扭力天平是由钢带弹性支承，根据复梁式双盘等臂杠杆平衡原理制成的零读法天平（如图 2）。衡量时，架盘的一侧秤盘上放置被称物，另一秤盘上加放砝码，转动刻度盘，使指针对准分度标牌中线，此时砝码质量与刻度盘读数值之和，即为所称量物品的质量。托盘扭力天平作为一种室内小型衡量仪器，以其操作简便、携带方便、价格便宜而广泛应用在医疗卫生、食品加工和环境监测等领域。 图 1 托盘扭力天平 图 2 托盘扭力天平结构示意图 精密扭力天平由单臂杠杆以及平卷簧和片簧两种弹性元件组合而成，使用时不用砝码，只需转动读数旋钮，依靠弹性元件偏转角度所产生的平衡扭力来进行测量。由于该天平采用上述无刀承结构，所以不存在不等臂性误差和支点机械磨损。在横梁的一端，装有速停阻尼器，使横梁摆动能在几秒钟内停止，从而便于迅速读出测定数值（见图3）。 图 3 精密扭力天平 2 2. 区别与联系 托盘扭力天平与精密扭力天平由于同属于扭力天平，因而人们往往将其混淆，并将它们统称为扭力天平。事实上，两者不论从设计原理、机械结构还是测量范围和使用方法上均不同。 精密扭力天平是单臂杠杆天平，杠杆一端加放被称物，而另一端与弹性元件相连接，用弹性线材的扭曲和弹簧的变形所产生的应力来测量杠杆另一端的物体的重量，即被称物的重量被另一端的弹性元件变形力所平衡。这种单臂无刀承结构，相对于刀承支承式天平，不存在不等臂性误差和支点的磨损，检测精度相对较高，使用寿命较长。但是由于弹性元件应力大小有限，因此精密扭力天平一般秤量都比较小，从 5 2500 扭力天平检定规程适用于此类天平的检定和校准。 托盘扭力天平是复梁式双盘等臂天平。称量时一盘内放置被称量物，另一盘中放置砝码，当砝码与被测物之间出现质量差值时，上下两横梁发生偏移，从而对中间的钢带弹性支撑产生扭力，当弹性支撑变形产生的应力等于横梁偏移产生的扭力，则天平平衡。在此结构设计中，弹性变形产生的应力实际上为砝码与被称量物之间的质量差，因此，托盘扭力天平的称量范围远大于精密扭力天平，一般可达100g。 由于托盘扭力的外观和操作方法与人们熟悉的架盘天平相似，因而很长一段时间，人们将这类天平误认为是托盘扭力天平。架盘天平（如图4）主要是根据罗伯威尔机构和杠杆原理制成的。衡量时，架盘的一侧秤盘上放置被称物，另一秤盘上加放砝码，移动标尺游码，使指针对准中线，此时砝码质量与标尺读数值之和，即所称量物品的质量（架盘天平是通过左右两边对中点刀承的力矩相等来实现天平平衡的，与扭力天平的设计理念不同。此外，托盘扭力天平中的旋钮是通过旋转使得弹性钢条产生反转扭力从而与天平衡量偏移产生的扭力相抵消，保持天平平衡；而架盘天平中的旋钮实际上是一个砝码加载装置，通过游码加载，调整左右两边力矩使得天平恢复平衡。 图 4 架盘天平 3 托盘扭力天平与精密扭力天平同属于扭力天平，但其复梁式双盘等臂设计使其拥有独特的计量性能；它与架盘天平同属于上皿式双盘天平，但其弹性扭力设计又使其具有独特的检测性能。目前于这类天平还具有一定的市场份额，因此，全国质量密度计量技术委员会组织相关技术专家为此制定了 盘扭力天平检定规程，指导这类天平的使用和检定。 4 第二章 规程的编写说明 托盘扭力天平检定规程的起草任务于2012年5月提出申请，经审批，被列入国家质监总局计量司2013年2014年计划的规程制订项目（国质检量函2013101），计划完成时间为2014年12月。项目主起草单位是上海市计量测试技术研究院。 托盘扭力天平检定规程的起草在计量性能要求、主要技术指标等方面部分采用了国际法制计量组织（际建议006非自动衡器 第1部分（）中的相关内容。本规程正文有7章条款，并有3章附录，内容分别是： 第1章：范围，主要明确了本规程的适用范围。 第2章：引用文献，主要列出了本规程主要引用的文献。 第3章：概述，主要介绍了托盘扭力天平的机构、工作原理和外观。规程介绍了托盘扭力天平的应用领域。 第4章：术语和计量单位，主要列出了本规程所使用的重要的术语，如最大秤量、标尺间距、实际分度值（d）、检定分度值（e）、检定分度数（n）。规程给出了常用的计量单位：克（g）、毫克（ 第5章：计量性能要求，主要包括托盘扭力天平的检定分度值确度等级，基本参数表和最大允许误差表。 第6章：通用技术要求，主要包括托盘扭力天平的外观要求，结构的一般要求和工作环境条件。 第7章：计量器具控制，主要包括了托盘扭力天平的检定条件，检定项目，检定方法，主要零部件检验，检定结果处理和检定周期。 附录A：托盘扭力天平检定原始记录参考格式。 附录B：托盘扭力天平检定证书内页参考格式。 附录C：托盘扭力天平检定结果通知书内页参考格式。 5 第三章 托盘扭力天平检定规程解读 1. 范围 盘扭力天平检定规程适用于托盘扭力天平（以下简称“天平”）的首次检定、后续检定及使用中检查。盘扭力天平检定规程是针对等臂杠杆式的上皿托盘扭力天平而新制定的规程，该规程既不替代原 力天平检定规程，也不替代 盘天平检定规程。单臂杠杆以及平卷簧和片簧两种弹性元件组合而成的精密扭力天平不在此规程的适用范围内。 2. 引用文件 规程制定过程中，规程中的名词术语部分引用 229质量密度计量名词术语及定义。 依据国际法制计量组织（际建议 006非自动衡器 第 1 部分（），衡器的准确度等级和检定分度值、检定分度数的关系如表1所示： 表1 衡器的准确度等级和检定分度值、检定分度数的关系 准确度级别 检定分度值e 检定分度数 n = e 最小称量 最小 最大 g e (*) 50 000(*) - 100 e g e .1 g e 100 5 000 100 000 100 000 20 e 50 e 0.l g e 2 g 5 g e 100 500 10 000 10 000 20 e 20 e 5 g e 100 1 000 10e 托盘扭力天平的最大称量是 100g，检定分度值为 10此，该天平的检定分度数为10000。查表1，可知托盘扭力天平属于 级天平。然而，表1对于 级天平的划分相对较宽。鉴于托盘扭力的机械结构部分与机械天平有相似的特征，因此，规程在对托盘扭力天平定级时又参考8机械天平检定规程。依据机械天平规程，机械天平的分级如表2所示。表2 中 10级所对应的检定分度数更贴近托盘扭力天平的检定分度数，因此，6 规程中托盘扭力天平的级别为 10级。 规程中计量性能要求的定义引用了国际法制计量组织（际建议006非自动衡器 第1部分（）和30437托盘扭力天平，最大允许误差和技术要求参考8机械天平检定规程。 备注：规程中凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于规程。 表2 机械天平的分级 准确度级别 检定分度数 11107n 25106n110732106n510641106n210655105n110662105n510571105n210585104n110592104n5104101104n21043. 概述 托盘扭力天平是由钢带弹性支承，根据复梁式双盘等臂杠杆平衡原理制成的零读法天平。衡量时，架盘的一侧秤盘上放置被称物，另一秤盘上加放砝码，转动刻度盘，使指针对准分度标牌中线，此时砝码质量与刻度盘读数值之和，即为所称量物品的质量。 托盘扭力天平作为一种室内小型衡量仪器，以其操作简便、携带方便、价格便宜7 而广泛应用在医疗卫生、食品加工和环境监测等领域。 4. 术语和计量单位 语 大秤量平的最大称量能力。 尺间距尺上任意相邻两个标尺标记之间的距离。 际分度值（d）质量单位表示的相邻两个标尺标记所对应的值之差。 定分度值（e）于划分天平等级与进行计量检定的，以质量单位表示的值。 定分度数（n）of 大秤量与检定分度值之比为天平的检定分度数，用n = e。 量单位 采用的计量单位有：克（g）、毫克（ 5. 计量性能要求 定分度值定分度值 或或 其中整数或零。 定分度值定分度值 确度等级 10级 本参数 托盘扭力天平的基本参数参见表3。托盘扭力天平市场占有率不大，型号规格单一。截止目前，托盘扭力天平均为些天平的最大称量仅100g，检定分度值为108 表3 天平的基本参数 最大允许误差（托盘扭力天平与机械双盘天平结构类似，均是衡量结构，但是托盘扭力天平的平衡原理与机械双盘天平不同，托盘扭力是无刀承结构，依靠弹性钢板的应力与平行复梁移动产生的扭力相等实现天平的平衡。因此在最大允许误差的设定过程中，规程起草小组并没有等同采用机械天平检定规程中 10级的最大允许误差，而是根据实验数据和不确定度分析，重新定义了最大允许误差。 依据规程，首次检定，托盘扭力天平的各检定项目的最大允许误差见表4。 表4 最大允许误差 分度值误差 横梁不等臂性误差 偏载误差 刻度盘标尺误差 1：天平分度值误差以最大分度值计。最大分度值不应大于其标尺分度值。 后续检定和使用中检查时，托盘扭力天平偏载的最大允许误差可将表2中的偏载的最大允许误差扩大一倍，即在国家标准中，还有如下规定： 1. 天平分度值误差以最大分度值计。最大分度值不应大于其标尺分度值。 2. 在运输、运输贮存环境适应性和耐久性要求试验后，天平不等臂性误差不超过4e，天平的偏载误差不超过2e 重复性 托盘扭力天平检定时，6 通用技术要求 外观要求 c 造厂名称或商标； 品名称； 号规格； 最大秤量 （检定分度值 （e） 检定分度数 刻度盘最大读数 刻度盘最小读数 100 g 10 0000 1 g 10 大秤量：表示为际分度值为厂编号； 厂日期(或以一定形式给出)； 标记的要求 具有说明性标记的标牌须牢固可靠，不易涂擦、修改或拆卸； 字迹清晰、大小适中，尺寸规范； 标牌应安装在天平明显易读位置。 构的一般要求 用性 平的设计与制造应保证在整个检定周期内,正常使用时保持其计量性能； 能将载荷方便、安全地放置在天平的秤盘上。 靠性 平的部件应不易被操作者拆卸； 平外壳应严密，不得有明显的缝隙。上盖启闭应轻便灵活，底脚螺丝应保证天平放置平稳，螺丝配合应松紧适度，便于调节； 平的制动机构应保证开启和关闭天平时，指针和衡量不产生震颤、扭动、擦碰等现象。 般要求 有毛刺、裂纹、锈蚀和明显的砂眼。 应有露底、脱皮、毛刺、裂纹、起层、起泡、和显见的阴暗流痕等现象。 度盘不能倾斜，数字和分度线清晰均匀，并标明质量单位“g”。 度线宽度不大于分度间距的1/5。指针针尖宽度不大于分度线宽度，指针与刻度盘分度线平行。天平摆动时，指针应能覆盖最短分度线全长的1/33/4。针尖应与分度线色泽有明显的区别。指针与刻度盘之间应保留一定的间隙，确保称量过程中指针与刻度盘不擦碰。 10 套砝码应满足9码检定规程中码盒上应有标注：名称、准确度等级、生产厂家、砝码器号、质量范围、砝码个数及材料。 在国家标准中，对于钢带表面粗糙度、指针针尖与刻度盘间隔和刻线间距等还有具体尺寸规定，例如：度牌与刻度盘上的刻线间距应均匀，且不小于 1据计量司规程审查部规定，凡是规程中标明的尺寸参数必须有相应的衡量手段。鉴于这些参数在产品出厂时已经定型，在后续计量过程中变化不大，即便有变化对计量性能影响不显著，因此为了实际可操作性，在规程中将这些参数删去了。 7 计量器具控制 计量器具控制包括：首次检定、后续检定和使用中检查。修理后检定按首次检定进行。 定条件 定标准 配备一组量范围满足天平分度值测量的要求。 配备相当于天平最大秤量的一对等量砝码。 检定环境条件 检定在室温环境下进行，放置在平稳、坚固的水平台面上，且周围无明显的振动和气流。 定前应用柔软的绸布或毛刷清除天平上的灰尘，也可用少许无水乙醇去污后晾干。 检定项目 托盘扭力天平的首次检定、后续检定和使用中检查参见表3。 表3 检定项目表 序号 检 定 项 目 首次检定 后续检定 使用中检查 1 外观及结构检查 + + + 2 分度值误差 + + + 3 横梁不等臂性误差 + + + 4 重复性 + + - 5 偏载误差 + + - 6 刻度盘标尺误差 + + + 注：“+”为需检定项目； 11 定方法 观及结构检查 在检定天平计量性能之前应进行外观及结构检查。以目力察看和手动方式，检查天平的外观及结构，同时，平平衡位置的计算 天平以连续3次回转点读数确定平衡位置读数，按公式（1）计算。 42 321 （1） 式中： I天平平衡位置； i1、i2、天平连续三次回转点读数。 度值、横梁不等臂性和重复性 盘扭力天平的分度值、横梁不等臂性和重复性检定步骤按表4规定进行，其中分度值的计算按普通标尺天平的计算方法,其结果应符合表2的规定。（参见表4） 表4 托盘扭力天平的分度值、横梁不等臂性和重复性检定步骤 序号 载 荷 读 数 平衡位置 备注 左盘 右盘 g mg 1 0 0 2 r 0 3 2（+k） k） 5 k）+r k） 6 0 0 7 0 r 8 1P2+r 10 0 0 11 定天平分度值所选用的标准小砝码准确度等级应为12 表4中：2相当于天平最大秤量的一对等量砝码； k交换等量砝码后为使指针在刻度盘范围内摆动而在较轻的秤 盘上所添加的标准小砝码； 测定天平分度值所选用的标准小砝码交换等量砝码后为使指针在刻度盘范围内摆动而在较轻的 秤盘上所添加的标准小砝码的折算质量值。 平检定标尺分度值的计算公式 空秤左盘分度值 12* （2） 空秤右盘分度值 67* （3） 空秤平均分度值 ）1 （4） 全秤量左盘分度值 45* （5） 全秤量右盘分度值 89* （6） 全秤量平均分度值 ）1 （7） 平横梁不等臂性误差计算公式 2） 天平横梁不等臂性误差测量过程中，若小砝码p*小13 砝码p*若规定刻度盘左正右负，当平衡位置圆括号前取正号，反之，当平衡位置圆括号前取负号。 最终计算结果为正数时，表示横梁的右臂长；为负数时，表示横梁的左臂长。 c 空秤时的重复性 0 （9） 全秤量时的重复性 （10） 载 将相当于1/2最大秤量的两个砝码放置在天平两个秤盘上,其放置顺序和放置在秤盘上的位置应符合图3，依次检定，天平应能在刻度盘中线位置平衡。若不平衡，则在较轻的一侧秤盘中加最大允差的砝码，天平应能恢复平衡或超过原平衡点。 图3 天平偏载误差检定示意图 注：度盘标尺示值误差 将刻度盘旋至零位，调节天平指针在分度标牌中线位置平衡，将刻度盘旋至最大刻度值位置，在相对的一侧秤盘中加放等于刻度盘最大刻度值的砝码，天平应能平衡。如不平衡，则在较轻的一侧秤盘中加放最大允差砝码，天平应能恢复平衡或超过原平衡点。 14 平检定记录格式见附录A。 检定结果的处理 经检定符合本规程要求的天平发给检定证书（内页格式见附录B），检定不合格的发给检定结果通知书(内页格式见附录C)，并注明不合格项目。 规程颁布前出厂的10级托盘扭力天平自本规程实施之日起，按本规程的准确度等级进行定级和检定。 检定周期 天平的检定周期依据具体使用情况确定，一般不超过一年。 15 第四章 托盘扭力天平测量结果的不确定度评定 1. 概述 量依据：参照械天平检定规程； 量环境条件：温度1826，湿度不大于75%； 量标准：设备名称 技术性能 标准砝码 等级 标称质量 质量允差(扩展不确定度U(k = 2 0 g 测对象： 设备名称 技术性能 托盘扭力天平 型号 分度值 最大秤量 0 00 g 量方法： 采用直接测量得到天平的示值误差，用加载与卸载的方法分别对托盘扭力天平的分度值误差、横梁不等臂性误差和重复性的性能进行检定。 2. 托盘扭力天平分度值的标准不确定度u( 学模型、误差传播及灵敏系数: 67*（ 89*（ 0e 空秤平均分度值（全量平均分度值（分度值时的天平示值（分度）(i=1,2,4,5) 设 1)( )(相关 16 不确定度传播率： )()()()()()(2222222其中 *2121)(1 i=1,4,6,8） 21*2* i=1,4,6,8） 确定度分量评定 标准砝码有关的不确定度u(m) 检定时一般选用30 分量与标准砝码的不确定度，可通过查标准砝码证书得到，取k=2,则： 分辨率有关的不确定度u（I） 该分量为人员读数误差引起的不确定度，与天平的分度值有关，设服从均匀分布，由于是两次读数的差，故又合成为三角分布， 6k ，则： 成标准不确定度 不确定度评定汇总表 符号 不确定度来源 u(u(合成标准不确定度u(e)(扩展不确定度U(e)( *与标准砝码有关的不确定度 *.8 u（L） 与分辨率有关的不确定度 . 横梁不等臂性误差的标准不确定度u(Y) 学模型、误差传播及灵敏系数: 2()()()()()()()()()(4242323222221212222式中：6为空秤平衡时天平示值（分度） 4为全量平衡时天平示值（分度） 灵敏系数： 2/1)()()()(4321 量不确定度计算： 由于u(u(u( u(故