动态电子汽车衡示值误差的测量不确定评定.doc

动态电子汽车衡示值误差测量结果的不确定度评定
黑龙江省计量检定测试院 裴春雷
1 概述
1.1测量依据：JJG907-1006《动态公路车辆自动衡器》检定规程。
1.2环境条件：测试应在稳定的环境温度下进行，通常为正常环境温度，除非另有规定。测试期间所记录的极限温度之差不超过衡器允许温度范围的1/5，其变化速率不超过5℃/h，这时就认为温度是稳定的。测试期间应保持被测衡器上没有水汽凝结。
1.3测量标准：M1～M12等级砝码，1kg～1000kg砝码质量最大允许误差为±（50mg～100g）。
1.4被测对象：以最大秤量为30000kg，分度值e为20kg的动态电子汽车衡为例。
1.5 测量过程
静态称量过程是采用递增的方法在被测动态电子汽车衡秤台上加放标准砝码，直至最大秤量，完成加载过程中的不同称量点的检定、校准或检测；采用递减的方法将被测动态电子汽车衡秤台上的砝码由最大秤量递减至零点，完成卸载过程中的不同称量点的检定、校准或检测。
动态称量过程是在被测动态电子汽车衡处于动态模式下进行的，所用计量设备为已知车重的参考车辆。启动动态称量程序后，参考车辆的各轮轴依次通过被测动态电子汽车衡的承载器，当车辆完全通过承载器时，被测动态电子汽车衡应能辨别出车辆轴组类型，并显示单轴重量和整车总重量，并以此得到动态轴重称量误差和动态整车总重量称量误差。
2 数学模型
2.1静态称量
2.1.1有细分分度值的衡器
该类衡器的静态称量测量可采用“直接比较法”确定示值误差，即利用标准砝码质量值和被检定、校准或检测动态电子汽车衡显示值进行比较完成。
数学模型：

式中：E―――示值误差；
I―――被测动态电子汽车衡显示值；
m―――标准砝码质量值。
2.1.2无细分分度值的衡器
该类衡器的显示分度值就是检定分度值，没对该分度值进行细分，其静态称量结果是采用“闪变点”法确定示值误差。
数学模型：

式中：E―――示值误差；
I―――被测动态电子汽车衡显示值；
e―――被测动态电子汽车衡分度值；
m―――标准砝码质量值；
△m―――附加砝码质量值。
2.2动态称量
2.2.1单轴载荷测试
单轴载荷误差是指，单轴单次称量的轴重值与数次称量的轴重修正平均值之差除以数次称量的轴重修正平均值。
数学模型：

式中：EX―――单轴称量示值误差；
Xi―――单次某轴质量值；
n―――测量次数。
2.2.2整车总重量测试
整车总重量的称量是将各单轴或轴组重量累加出的整车总重量示值与整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值之差除以整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值。
数学模型：

式中：EP―――整车总重量示值误差；
Xi―――单次某轴质量值；
M―――整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值。
3 输入量的标准不确定度评定
3.1 静态称量示值误差的不确定度评定
3.1.1有细分分度值的衡器静态称量的不确定度
3.1.1.1标准砝码引起的不确定度u(m)
所用标准器是M12等级标准砝码，根据JJG99-2006《砝码》检定规程可知，1000kgM12等级砝码的扩展不确定度极限值为U(m)=30g，k=2，那么30000kgM12等级砝码的扩展不确定度为U(m)=0.9kg，k=2。则标准砝码引起的不确定度：
u(m)=0.9÷2=0.45kg
3.1.1.2与被检衡器有关的不确定度u(I)
该不确定度分量与被检衡器的分辨力有关，通常采用细分分度值的衡器的分辨力为0.2倍检定分度值。以分辨力的区间半宽作为最大允许误差，服从均匀分布，，以最大秤量30000kg，检定分度值e=20kg的动态电子汽车衡为例，则与被检衡器有关的不确定度分量：

3.1.2无细分分度值的衡器静态称量的不确定度
3.1.2.1标准砝码引起的不确定度u(m)
所用标准器是M12等级标准砝码，根据JJG99-2006《砝码》检定规程可知，1000kgM12等级砝码的扩展不确定度极限值为U(m)=30g，k=2，那么30000kgM12等级砝码的扩展不确定度为U(m)=0.9kg，k=2。则标准砝码引起的不确定度：
u(m)=0.9÷2=0.45kg
3.1.2.2与被检衡器有关的不确定度u(I)
通常用“闪变点”方法计算示值误差的分辨力为0.1倍检定分度值。以分辨力的区间半宽作为最大允许误差，服从均匀分布，，以最大秤量30000kg，检定分度值e=20kg的电子汽车衡为例，则与被检衡器有关的不确定度分量：

3.1.2.3由附加砝码引起的不确定度u(△m)
所用附加砝码是M1等级标准砝码，根据JJG99-2006《砝码》检定规程可知，2kgM1等级砝码的扩展不确定度极限值为U(m)=0.03g，k=2，以最多附加15个附加砝码计算，那么30kgM1等级砝码的扩展不确定度为U(m)=0.45g，k=2。则标准砝码引起的不确定度：
u(m)=0.45÷2=0.22g
3.2 动态称量的不确定度评定
3.2.1单轴载荷示值误差的不确定度评定
3.2.1.1单轴单次测量的不确定度u(Xi)
该不确定度分量只与被检衡器的分辨力有关，其分辨力为检定分度值。以分辨力的区间半宽作为最大允许误差，服从均匀分布，，以最大秤量30000kg，检定分度值e=20kg的动态电子汽车衡为例，则与被检衡器有关的不确定度分量：

3.2.1.2单轴10次测量平均值的不确定度u(X)
以前轴约定真值为3700kg，整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值为11480kg的两轴刚性车辆为例，在被检衡器上测得10次数值为：3680kg、3680kg、3660kg、3620kg、3620kg、3700kg、3700kg、3740kg、3680kg、3740kg。采用贝塞尔公式计算其单次测量标准偏差：

平均值的标准偏差：

则单轴10次测量平均值的不确定度：

3.2.2整车总重量示值误差的不确定度评定
3.2.2.1与单次测量整车总重量有关的不确定度u(P)
该分量与单次称量各轴的测量不确定度u(Xi)有关。
根据数学模型：
则单次测量整车总重量有关的不确定度：

其中：n为轴数。
3.2.2.2与控制衡器有关的不确定度分量u(M)
如果所用控制衡器是采用细分分度值的衡器，则采用直接读数法确定参考车辆的实际整车总重量。采用该方法时衡器的分辨力为0.2倍检定分度值。以分辨力的区间半宽作为最大允许误差，服从均匀分布，，以最大秤量60000kg，检定分度值e=20kg的电子汽车衡为例，则与控制衡器有关的不确定度分量：

如果所用控制衡器的分度值没有进行细分，则采采用“闪变点”方法确定参考车辆化整前的实际整车总重量。采用该方法时的分辨力为0.1倍检定分度值。以分辨力的区间半宽作为最大允许误差，服从均匀分布，，以最大秤量60000kg，检定分度值e=20kg的电子汽车衡为例，则与被检衡器有关的不确定度分量：

4 合成标准不确定度的评定
4.1灵敏系数
4.1.1静态称量
4.1.1.1有细分分度值的衡器

4.1.1.2无细分分度值的衡器

4.1.2动态称量
4.1.2.1动态单轴称量

4.1.2.1动态整车称量

4.2合成标准不确定度的计算
4.2.1有细分分度值的衡器静态称量标准不确定度合成
采用方和根法合成标准不确定度可按下式得到：

4.2.2有细分分度值的衡器静态称量标准不确定度合成
采用方和根法合成标准不确定度可按下式得到：

4.2.3动态单轴称量标准不确定度
引用3.2.1.2款中示例，，选取与修正平均存在最大值差值的Xi=3620kg，采用方和根法合成标准不确定度可按下式得到：

4.2.4动态整车称量标准不确定度汇总表
如果所用控制衡器是采用细分分度值的衡器时，引用3.2.1.2款中示例，，整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值为11480kg，采用方和根法合成标准不确定度可按下式得到：

如果所用控制衡器的分度值没有细分时，引用3.2.1.2款中示例，，整车静态称量确定的参考车辆总重量约定真值为11480kg，采用方和根法合成标准不确定度可按下式得到：

4.3标准不确定度汇总表
4.3.1有细分分度值的衡器静态称量标准不确定度汇总表
标准不确定度分量
u(xi)
不确定度来源
标准不确定度(kg)

u(m)
标准砝码
0.45
-1
0.45
u(I)
分辨力
1.15
1
1.15
uc(E1)=1.23kg
4.3.2无细分分度值的衡器静态称量标准不确定度汇总表
标准不确定度分量
u(xi)
不确定度来源
标准不确定度(kg)

u(m)
标准砝码
0.45
-1
0.45
u(I)
分辨力
0.58
1
0.58
u(△m)
附加小砝码
0.00022
-1
0.00022
uc(E2)=0.73kg

4.3.3动态单轴称量标准不确定度汇总表
标准不确定度分量
u(xi)
不确定度来源
标准不确定度(kg)

u(Xi)
分辨力
5.77

u(X)
测量重复性
13.15

uc(EX)=0.38%

4.3.4动态整车称量标准不确定度汇总表
标准不确定度分量
u(xi)
不确定度来源
标准不确定度(kg)

u(P)
单次称量单轴的不确定度
8.16

u(M1)
有细分分度值衡器分辨力
1.15

u(M2)
无细分分度值衡器分辨力
0.58

uc(EP1)=0.07%；uc(EP2)=0.04%

5扩展不确定度的评定U
5.1静态称量示值误差的扩展不确定度
5.1.1有细分分度值的衡器静态称量示值误差的扩展不确定度U(E1)
取k=2

5.1.2无细分分度值的衡器静态称量示值误差的扩展不确定度U(E2)
取k=2

5.2动态称量示值误差的扩展不确定度
5.2.1动态单轴称量示值误差的扩展不确定度U(EX)
取k=2

5.2.2动态整车称量示值误差的扩展不确定度U(EP)
如果所用控制衡器是采用细分分度值的衡器时，取k=2

如果所用控制衡器的分度值没有细分时，取k=2