JJG649-2016《数字称重显示器(称重指示器)检定规程

    鲁新光，研究员，现任国家衡器产品质量监督检验中心常务副主任、全国衡器计量技术委员会秘书长、全国衡器标准化技术委员会副主任委员。在山东省计量院一线从事衡器计量技术的研究，负责国内各类自动衡器、非自动衡器、称重显示仪表、称重传感器的型式评价、检校和委托检验等工作。
    

    

一、修订背景

    在衡器领域中，称重数据的显示是一个重要环节，无论是单体衡器，还是嵌入网络大数据体系中的称重系统，能准确显示称重信息是评价称量准确的重要因素。通常将衡器类产品中的电子部件称为电子称重仪表，作为非自动衡器主要部件的电子称重仪表包括称重指示器、模拟数据处理装置、用作指示器的个人计算机(PC)、数字数据处理装置、终端、数字显示器，本文所涉及的称重指示器是用于非自动衡器中的重要部件。
    JJG649-1990《数字称重显示器检定规程》(以下简称“原规程”)实施已20多年，规程所依据的技术法规已改版多次，而且其中有关称重指示器的技术要求、计量特性等内容也发生了很大变化。为适应目前科技发展需要，特别是为适应称量技术领域的智能化、模块化及网络化等，现行国际建议R76[2006E]《非自动衡器》和国家标准GB/T23111-2008《非自动衡器》均增加了非自动衡器不同模块的试验、验证方法，在附录C“非自动衡器称重指示器和模拟数据处理装置模块的试验和验证”中明确给出了称重指示器模块的试验和验证。由此可见，原规程的内容已与现行国际建议和国家标准脱节，已不适应当今称重指示器检测市场需求，也不适用于当今称重指示器产品，所以亟须修订。
    2011年国家质检总局下达了修订原规程的工作计划，后经多方共同努力，于2016年6月27日发布了JJG649-2016《数字称重显示器(称重指示器)检定规程》(以下简称“新规程”)，该规程于2016年12月27日开始实施。
    

二、修订内容

    新规程的修订主要参照了国际建议OIML R76《非自动衡器》，欧洲法制计量合作组织WELMEC2.1《称重显示器测试指南(非自动衡器)》。WELMEC2.1是欧盟组织针对称重显示器测试的指南，具有很强的使用性，且合理、可行，所以规程修订以此作为编写理论基础，再结合试验数据以及我国称重显示器产品实际情况，经过试验数据论证，最后形成新规程。
    1.关于准确度等级
    原规程规定称重指示器的准确度分为4个等级，分别是1、2、3、4级；新规程规定称重指示器的准确度分为两个等级，分别为和级。可见，新规程对称重指示器的准确度等级的划分和表示均有着根本的变化。
    新规程主要参照了国际建议OIML R76，R76附录C中规定非自动衡器的准确度等级适用于称重指示器，也就是称重指示器的准确度等级采用国际建议OIML R76中关于非自动衡器的准确度等级的表示和划分，也就是有和两个准确度等级。所以，在修订时将原规程的4个准确度等级改为中准确度级和普通准确度级两个等级，并且符号也作了相应改变，如表1所示。
    

<CTSM>    表1  称重指示器的准确度等级</CTSM>
    2.关于误差分配系数
    误差分配系数是为限定称重指示器误差限的一个系数，该系数乘以拟配衡器的最大允许误差为指示器的误差限。
    原规程虽未明确给出误差分配系数，但是从该规程给出的最大允许误差表中可看出:称重指示器的最大允许误差是相应配衡最大允许误差的0.7倍。
    称重指示器的误差限为衡器误差限的0.7倍，这种规定是不符合国际建议单模块误差限的要求的。在国际建议OIML R76中规定:误差分配系数是作为单独模块检验时所配衡器的最大允许误差与单独模块误差限的商，这些系数为组成衡器整机时各部分的误差分配系数，应由不同模块的制造厂商选定，通常:纯数字装置等于0，称重模块等于1；其他模块(包括数字传感器)考虑多于一个模块对误差产生共同影响时，误差分配系数应不大于0.8和不小于0.3。
    为此，在新规程中对称重指示器的误差分配系数作了修改，可由生产厂家在0.3～0.8范围内的规定数值之间选取，如果未对误差分配系数作出规定，则通常将误差分配系数选取为0.5，数字式指示器的误差分配系数为0。
    3.关于计量单位
    计量单位是新规程修订的主要内容之一，原规程规定称重指示器以质量单位为单位，并且规定最大称量、检定分度值等均由质量单位表示；而新规程规定称重指示器的计量单位采用无量纲单位。
    JJF1002-2010《国家计量检定规程编写规则》之5.7规定:计量单位指规程中描述的计量器具的主要计量特性的单位名称和符号……由此可见，计量单位是描述计量器具计量特性的关键参数。因此，称重指示器的计量单位应该是表征称重指示器计量特性的物理量，是赋予称重指示器的、用于评定指示器计量特性的量，是分度值、准确度等级、最大允许误差等技术指标的单位。
    称重指示器是用于接收称重传感器输出信号，再进行模数转换(数字式称重指示器没有)和数据处理，最后显示称量数据的电子称重仪表，其接收的是输入端的电信号；检定称重指示器的计量标准器也是通过数据线输入称重指示器电信号作为标准载荷，而非砝码载荷值或者称量物品直接加载到称重指示器上。这说明影响称重指示器计量性能的是输入的电信号大小，输入的电信号大指示器上显示的数值就大，反之输入信号越小显示的数值越小。
    那什么单位是表征称重指示器计量特性的？以下解析称重指示器的计量单位为什么是无量纲量。
    (1)质量单位不能描述指示器的计量特性，所以不能作为计量单位使用
    本规范所涉及的称重指示器仅用于非自动衡器，因此该仪表显示的单位应该是质量单位，如千克、吨、克等。但是这些质量单位却是可以通过称重指示器的参数设定功能进行改变的，因此不具有唯一性。
    另外，由于称重指示器是连接并接受称重传感器输入信号的，而称重传感器给称重指示器输出的是电信号(可以是电压信号或者电流信号)，称重指示器接收这一电信号后再进行A/D模数和放大等信号数字化处理。也就是说称重指示器并未直接接受质量载荷，即未接受来自于质量单位为计量单位物理量的干预。因此，以质量单位作为称重指示器的计量单位是不合适的。
    那么指示器所显示的质量单位不是计量单位，那属于什么单位？考虑这一点新规程修订时在技术要求中增加了“指示的单位”技术要求，具体规定如下:
    新规程之6.3.1规定:“指示器指示的单位应为质量单位，即为千克(kg)、毫克(mg)、克(g)和吨(t)”。该单位仅作为示值指示要求，不用于评定计量特性。
    (2)采用无量纲的数为称重指示器的计量单位
    根据JJF1002-2010之5.7规定可见，计量单位是描述计量器具计量特性的关键参数。描述称重指示器的主要技术参数有两个:一是最大分度数；二是每个分度对应的最小输入电信号。也就是称重指示器的计量特性与输入电信号的大小以及对这一信号分辨能力有关，而与质量(重量)无关，因此称重指示器采用质量单位作为计量单位不符合JJF1002-2010的规定。
    如果给不同准确度等级的称重指示器输入同样的电压信号，准确度高的分辨能力比准确度低的分辨能力大，也就是高准确度等级比低准确度等级的称重指示器检定分度数大。由此可见，称重指示器的分度数是表征其计量特征的量，是没有单位的，也就是说称重指示器的计量指标采用了无量纲的量。
    所谓无量纲的数又称量纲为一的量，其计量单位是一个数，采用无量纲的数作为计量单位是符合JJF1001-2011《通用计量术语及定义技术规范》要求的。JJF1001-2011之3.7规定:量纲为一的量又称无量纲量，在其量纲表达式中与基本量对应的因子的指数均为零的量，并且量纲为一的量的测量单位和值均是数。
    4.关于检定项目
    新规程极大简化了原规程的检定项目，去除了原规程中属于型式评价试验相关的检定项目:输入阻抗、抗干扰能力、温度、安全性能、供电电源等。修改后的检定项目包括外观检查、置零准确度、称量性能、重复性项目。
    5.关于检定设备及方法
    在原规程中，检定设备包括直流电压源或称重传感器模拟器，以及环境、安全等试验设备。去除环境、安全等环境设备，用于指示器示值检定的直流电压源或称重传感器模拟器均是产生电信号的设备，但是直流电压源的电源采用公用电源，而不是被检称重指示器的激励电压；称重传感器模拟器采用被检指示器的激励电压作为激励源。
    按照国际建议OIML R76附录C规定:试验用模拟器应与受试称重指示器适配，应按称重指示器所使用的激励电压对模拟器进行校准(AC激励电压应采用AC校准)。所以原规程使用直流电压源直接输入电信号的方式不符合要求，因此新规程对检定设备及要求进行了修改和增删。
    新规程提供了两种检定方法:一是称重传感器模拟器法；二是称重传感器法，对应的检定设备也就是两套。
    (1)称重传感器法检定设备
    ①标准砝码、称重传感器，用于给指示器输入电信号。
    ②数字多用表，用于监视指示器接收端电信号和激励电压信号。
    ③模拟装置，检定数字式称重指示器时，用于数模电信号的转换。
    ④阻抗模拟器，用于称重传感器输出阻抗调节。
    (2)称重传感器模拟器法检定设备
    ①称重传感器模拟器，用于给指示器输入电信号。
    ②数字多用表，用于监视指示器接收端电信号和激励电压信号。
    ③模拟装置，检定数字式称重指示器时，用于数模电信号的转换。
    ④阻抗模拟器，用于称重传感器模拟器输出阻抗调节。
    

三、关于新规程的术语

    新规程采用JJF1181《衡器计量名词术语及定义》和国际建议OIMLR76中的术语，另外又给出了18个术语及定义，这些术语的内容及符号与OIMLR76是一致的。
    1.关于输入电信号
    输入电信号是被检称重指示器接收端接收的信号电压，输入电信号通常指的是电压信号，也就是指输入到模拟式指示器信号接收端的信号电压。
    新规程给出的术语中有多个有关信号电压，如:最大输入电压、最小输入电压、测量范围最大电压、测量范围最小电压。
    (1)最小输入电压Umin
    为模拟式指示器的最小模拟静载荷信号值，由承载器产生的允许输入且仍能满足本规程要求相当于衡器空载时称重传感器输出的电压最小值。
    (2)最大输入电压Umax
    为模拟式指示器达到最大检定分度数对应的信号电压值，是允许输入且仍能满足本规程要求的输入信号电压。
    (3)测量范围最小电压UMRmin
    为模拟式指示器允许输入且仍能满足本规程要求的信号电压最小值。
    (4)测量范围最大电压UMRmax
    为模拟式指示器允许输入且仍能满足本规程要求的信号电压最大值。
    对称重指示器接收端接收的信号电压分为设计时的电压范围和检定时的电压范围，这些数值均由生产企业提供，输入端的信号电压值在检定时、设计时和与拟配衡器连接时的信号电压均不同，如图1所示。
    

<CTSM>    图1  指示器信号电压与所配衡器信号电压关系</CTSM>
    设计时的测量范围电压远大于检定时的输入信号电压，也就是检定的电压范围仅是设计信号电压范围的一段信号电压；同时检定时的信号电压段应大于与拟配衡器连接时的信号电压范围。
    2.关于分度值和分度数
    新规程给出多个有关分度值和分度数的术语。
    (1)指示器的检定分度值
    与指示器的实际分度值相等，用于对指示器准确度分级和检定，是一无量纲的数。
    (2)检定分度数
    为指示器输入信号电压范围与每个检定分度值对应的最小输入信号电压之比。
    (3)指示器的最大检定分度数
    为指示器最大输入信号电压范围与每个检定分度值对应的最小输入信号电压之比。
    (4)检定分度值为拟配衡器检定分度值，用于对指示器拟配衡器的准确度分级和检定，是以质量单位表示的值。
    这些参数之间的关系如下:
    ①指示器的检定分度值和拟配衡器的检定分度值不同
    指示器的检定分度值是无量纲的量，而拟配衡器的检定分度值是具有质量单位的量。另外符号也不同，指示器的检定分度值是eind，拟配衡器的检定分度值是e。
    ②指示器的分度数和指示器的最大分度数是不同的
    指示器的分度数n是输入电信号与每个检定分度值的输入电压的商，见公式(1)。
    

    式中:n——指示器的检定分度数；Δuind——每个检定分度值对应的输入信号电压，μV；U——输入信号电压，μV。
    指示器的最大分度数是最大输入信号电压范围与每个检定分度值对应的最小输入信号电压之比，见公式(2)。
    

    式中:nind——指示器的最大检定分度数；Δuind——每个检定分度值对应的输入信号电压，μV；Umax——最大输入信号电压，μV。
    3.关于每个检定分度值对应的最小输入信号电压Δuind
    每个检定分度值对应的最小输入信号电压Δuind为指示器最大输入信号电压范围与指示器最大检定分度数的商。这是一个关键术语，这一术语与称重指示器最大检定分度数一同作为评价指示器准确度的重要参数，需由生产企业提供，并在提供的技术资料中给出。
    

四、结束语

    称重指示器是非自动衡器的主要零部件之一，其对衡器的准确性影响是不容忽视的，作为非自动衡器称量准确性的重要参数，提供给用户切实可行的检定方法及判定原则是本规程修订的主要目的。因此需对新生产的称重指示器进行首次检定，以筛选优质准确的称重指示器提供给衡器生产企业进行整体安装制作，将对衡器企业的生产、效益和信誉都有着积极作用。
    本规程修订完成将会极大地提高我国衡器生产领域及检测领域的检验准确度，有效避免衡器组装前期错误率，提高衡器检定效率，使得我国衡器产业能够健康发展。
    注:鲁新光、史莉是JJG649-2016的主要起草人。