地磅模拟示值与数字示值检测要求的统一历程

本文从数字示值化整误差的修正、增差和显著增差、置零准确度和零点指示装置三方面分析，讲述了 OIML 非自动衡器国际建议的发展和我国采纳国际建议的情况，值得我国从事称重测量技术管理人员学习借鉴。

一、引言

当今世界已经是数字化的时代。我国的地磅行业也是一样，以电子计价秤和地磅为代表的数字示值衡器基本取代了相传近两千年的机械衡器。相对于模拟指示的机械衡器，数字示值的电子衡器称量物体的重量仅仅是衡器的基础功能。针对衡器的使用场合，电子衡器可以配备与之相适应的各类技术软件和管理软件，各种功能应有尽有，彰显出衡器发展的不可估量前景。但是，衡器从机械到电子、从模拟指示到数字示值的这一发展过程中，也给衡器计量检测方法带来了不小的冲击和困惑。

本文对上世纪八十年代，数字示值的地磅进入我国，对我国由模拟指示机械地磅时代形成的计量检测方法带来冲击和困惑，以及我们如何适应新的情况与传承传统的进行了回顾与分析，“以史为鉴，可以知兴替”。

二、数字示值化整误差的修正数字示值的电子衡器进入我国的时候，恰逢

我国加入国际法制计量组织 （OIML） 之时。国家计量行政管理部门要求，首先在关系国计民生的衡器技术法规上与国际接轨。当时，非自动衡器的国际建议有三个：No.3 国际建议 《非自动衡器国际计量法规》、No.28 国际建议 《非自动衡器国际技术法规》 和 No.74 国际建议 《电子衡器》，后来三个国际建议合并为现在的 R76 国际建议 《非自动衡器》。在国际建议中直接涉及数字示值化整误差的规定有二条：（1） 最大允许误差 mpe （R76的 3.5.1 条）；（2） 如果实际分度值大于 0.2e，应消除任何数字示值的化整误差 （R76 的 3.5.3.2 条）。

（1） 最大允许误差 （mpe）。在衡器的称量范围内零点至最大秤量 （Max） 分为逐次增大，呈阶梯状的三个允许误差带 （我们以最具有代表性中准确度级Ⅲ为例进行分析）。中准确度级Ⅲ允许误差带是，零点到 500e 称量段，最大允许误差 mpe=±0.5e；500e 至 2000e 称量段，最大允许误差 mpe=±1.0e；2000e 到 Max 称量段，最大允许误差 mpe=±1.5e，其中 e 为衡器的检定分度值。这一规定显然出自以模拟示值的机械衡器为主的时代。

（2） 对实际分度值大于 0.2e 的衡器，要判断衡器的数字指示 （包括数字示值和数字打印结果）是否符合要求，就必须对任何数字指示进行化整误差的修正。

当时我国衡器计量界，对如何适应国际建议的数字示值化整这一问题，又产生了三种意见。

第一种意见是：将电子衡器的最大允许误差mpe 化整。

想法是：既然电子衡器的数字示值不能用分度值的分数进行细分，索性将最大允许误差 mpe化整处理。将最大允许误差中的第一段 0.5e 化整为 1.0e，将第三段 1.5e 化整为 2.0e；而最大允许误差的第二段 1.0e 保持不变。

我们对这一意见进行分析：从字面上看，显然不符合 R76 国际建议的本意。国际建议数字示值化整的要求，针对是衡器的示值，是衡器的数字指示的示值；而不是衡器的最大允许误差 mpe，此其一。其二，如果将数字示值衡器的最大允许误差中的第一段 0.5e 和第三段 1.5e 化整至 1.0e 和2.0e。那么，同一准确度级的衡器中，因为示值不同 （模拟示值和数字示值），有两种不同计量要求。模拟示值衡器的三段允许误差带是：±0.5e，±1.0e，±1.5e；数字示值衡器的三段允许误差带是：±1.0e，±1.0e，±2.0e。对于既有模拟指示,又有数字示值的机电结合衡器来说，集矛盾于一身，无所适从。从而导致该技术法规按准确度分级意义的荡然无存。其三，衡器使用中的最大允许误差应是首次检定时最大允许误差 mpe 的两倍。如果简单将最大允许误差这样化整，那么数字示值衡器的使用中最大允许误差的第三段允差就是±4.0e 了，也无法满足公众贸易的需求。其四，这种对数字示值最大允许误差值的化整，也背离国际建议的宗旨和目的 - - 旨在提供标准化的要求和试验程序，用一种统一和溯源的方法评价衡器的计量和技术特性。

通过分析可以看出，这种将电子衡器的最大允许误差 mpe 化整的方法显然不妥。而且最大允许误差的规定是整个衡器计量技术法规的基础，牵一发动全局。第二种意见是：运用误差范围判别法。方法是这样：假设施放到电子衡器承载器的载荷的标准质量为 L，电子衡器的数字示值是 I，判别电子衡器是否合格的方法，如表 1 所示。

这种合格判别法，虽然不能得到某一称量点具体的示值误差，但是电子衡器的周期检定来说，运用此法可快捷地判断所用衡器合格与否，便于实际运用，不愧是一种好的方式。对于型式评定则不同，型式评价着眼于衡器法律地位的授予，这种判别法就显得过于简化粗糙，不够规范。第三种意见是：运用数字示值转变点方式确定衡器化整前示值。

这种方法就是目前我们大家熟悉并运用的方法，在我国最早出现在上世纪八十年代，在 JJG 510- 87《电子吊秤试行检定规程》 和 JJG 539- 88 《电子计价秤试行检定规程》 运用，其公式与 1988 年第八届国际法制计量大会通过的 R76- 1 《非自动衡器计量与技术 - - 试验》 的内容完全一致，只是没有形成明确的“转变点方式确定化整前示值”的专业用语。

不过当时我国的方法与国际上略有点差异：就是对待置零准确度、零点偏差的问题。R76- 1从化整前的误差 E=I+1/2e- △L- L(I 为数字示值，L为载荷，△L 是 0.1e 小砝码累加到示值变化了一个 e 时的总和)，推进到化整前误差对零点偏差的修正误差 Ec=E- E0。E0 为零点或零点附近的计算误差。而当时我国的计量技术法规仅规定示值的化整前误差由 E=I+1/2e- △L- L 求得即可，没有对零点偏差和置零准确度提出要求。

产生这样的差异，原因有以下两点：

其一是最大允许误差 mpe 的定义。国际建议规定：衡器处在标准位置、且空载处于零点时，其称量结果同标准质量块对应值之间，规程允许最大正的、负的差值。该定义的潜台词是，用 mpe来判定某一称量示值是否合格，前提是不包含此时衡器的零点偏差。

其二是置零装置与零点跟踪装置准确度。国际建议规定：置零后，零点误差对称量结果的影响不大于 0.25e 时可显示特定信号的装置。这就告诉我们，电子衡器空载指示是零，并不意味着衡器处于真正的零点，根据模数转换器 （A/D） 工作原理，此时，衡器随机处于 - 0.5e~+0.5e 之间的某一位置。依据最大允许误差 mpe 的定义，称量结果的示值误差必须对零点偏差进行修正，才能与其称量相对应的最大允许误差 mpe 值做出比较与判断。

虽说模拟示值定义是可以用分度值的分数来评定平衡位置的示值。但受客观条件诸因素影响，该分度值的分数不可能无限制地细分下去。通常情况下，正常人的眼睛视力是，在明视距离（250mm） 的分辨率是 0.25mm，即在 1mm 的间距上能分出 4 个像元。R76 国际建议给出，模拟示值（度盘指示装置） 的最小标尺间距为 1.25mm；其读数质量是正常使用条件下的总不确定度不超过0.2e。由此可见，R76 的这些要求是建立在人眼睛分辨率的基础之上。标尺间距 1.25 mm，正常情况下可用分度值的五分之一来评定该衡器平衡位置的示值，即用末位数的单位为 0.2e 去读取示值。

数字示值化整误差这一术语，R76 定义是示值与衡器可用模拟示值给出的结果的差值。采用转变点方式进行误差评定时，转变点的出现是逐一施加 0.1e 小砝码累积所得。通过公式 P=I+1/2e-

△L 确定化整前示值 P，即“模拟示值”。这里 I 是

称量结果，e 检定分度值，△L 是逐一施加 0.1e 小

砝码，直至衡器示值清晰地增加了一个分度值而变为 【I+e】，所加小砝码的总和。

由此我们是不是可以得出如下结论：通过此方式，此公式来获得的数字示值衡器的示值 P，是用该衡器分度值的十分之一的分数来读取，即用0.1e 单位来进行称量测试。完全达到了机械模拟指示衡器的读取效果。

三、增差 （fa ult） 和显著增差

R76 国际建议对增差的定义是衡器的示值误差与基本误差的差值，显著增差是大于 e 的增差。

R76 国际建议又规定：对实际分度值大于 0.2e 的衡器，必须将包含在任何数字示值中的化整误差进行消除。这样抗干扰试验中也有必要消除其示值的化整误差。

在 R76- 1 国际建议 （2006 年版） 出版以前，在涉及增差的抗干扰试验条款中没有明确规定，往往使试验的操作人员将注意力都集中在试验装置的调试与试验条件的把握，只关心被测衡器（EUT） 示值是否变化，而忽略了对其示值化整误差的消除。上世纪九十年代中，亚太法制计量论坛 （APLMF） 组织了非自动衡器试验程序的国际比对。试验执行的法规就是 R76- 1 《非自动衡器计量与技术 —试验》 和 R76- 2 《型式评价报告》。对比结果，抗干扰试验的差异明显，原因可能一方面是参加实验室试验设备与试验条件有所不同，另一方面就是对可能产生增差的示值没有做化整误差的消除。这次对比试验活动历时三年多，R76 的起草单位—德国国家物理技术研究院（PTB），自动衡器的起草单位—英国国家称重与测量实验室 （NWML） 都参加了，美国也派了两个实验室参加，对比试验的主导实验室是澳大利亚国家称重测量实验室。整个比对试验期间，主导实验室对对比试验使用的两台被测电子衡器 EUT

进行了六次试验和监测，该实验室在抗干扰试验示值化整误差的消除操作上做的最到位、最规范。

2006 年通过的最新版 R76- 1 强制性附录 B《电子衡器的附加试验》，在 1992 年版通用要求基础上，增添了 B.3 抗干扰试验的基本规定。其中与化整误差的相关规定是：任何试验 （抗干扰） 之前，化整误差应尽可能设置到接近零点。每次试验前，被测衡器 （EUT） 尽量调整到靠近实际零点。试验期间的任何时候都不能调整，除非出现显著增差需要复位。

APLMF 组织的这次衡器测试程序的国际对比，不仅对参加国的实验室统一 R76 国际建议的认知与理解大有裨益，对增进各国称重实验室试验结果的相互承认奠定基础，也对进一步完善衡器的国际计量技术法规做出贡献。

四、置零准确度和零点指示装置

R76 国际建议对置零准确度是：置零后，零点偏差对称量结果的影响应不大于 0.25e；数字示值衡器的零点指示装置应具备一个在零点偏差不大于 0.25e 时能够显示特点信号的装置。这二项技术要求有一致性，实际试验操作时各影响量 / 机械制约和限制，以及衡器鉴别力阈等问题就突出出来。

在对一被测衡器 EUT 进行整个型式评价试验中，要进行近百次零点偏差的测量，发生零点偏差 E0=0.3e 的情况是小概率事件。在 APLML 组织衡器国际比对试验中，我国参加实验室仅出现了

E0=0.3e 的一次，其余都在 0.2e 或 0.2e 之内。

以上二项 0.25e 有关电子衡器零点的规定，可能出自衡器内部结构设计形成的理论值、目标值。美国国家衡器技术法规将置零准确度、零点偏差的要求定为 0.3e。这里讨论的置零准确度问题，可以完全推论到去皮准确度。

五、结束语

数字示值化整误差的处理，是为了满足衡器由模拟示值向数字示值历史转化过渡时期计量要求的一致和试验评价的统一，属于计量立法的范畴。诚如 R76 文本第一章—适应范围的开章明义：本建议旨在提供标准化的要求和试验程序，用一种统一的和溯源的方法评价衡器的计量特性和技术特性。

1968 年 OIML 推出了第一本衡器计量技术法规，从 No.3 《非自动衡器计量规程》、No.28 《非自动衡器技术规程》、No.74 《电子衡器》、北欧四国起草的 《非自动衡器试验程序》 及 《型式评价报告》，到 1988 年整合以上法规形成的一体化 R76- 1

《非自动衡器计量与技术—试验》 和 R76- 2 《非自动衡器型式评价报告》，并以此为基础，在世界范围内推行计量器具 OIML 证书制度，屈指数来，已近半个世纪。五十年来，国际贸易全球化风起云涌，突破非关税壁垒，各国、各地区衡器实验室试验结果多边或双边相互承认的要求日趋迫切。这从衡器国际建议由分到合的历史也可见一斑。应该说，与时俱进的衡器国际建议理论基础扎实，结构科学合理，细节程序规范严谨，值得我国从事称重测量技术管理人员学习借鉴.