CN116499569A - 一种滤膜自动称量装置的计量校准系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括衡量仪器示值误差单元、衡量仪器重复性单元、测量结果不确定度评定单元，给出滤膜自动称量装置的计量特性，计量特性包括衡量仪器示值误差、衡量仪器重复性、测量结果不确定度评定；衡量仪器示值误差单元用于对衡量仪器示值误差进行测量；所述衡量仪器重复性单元用于对衡量仪器重复性进行测量；所述测量结果不确定度评定单元用于对测量结果不确定度评定。本发明无需对每个滤膜库位提取多个不同规格的标准砝码进行测量，能高效体现出被校对象的计量特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜自动称量装置的计量校准系统及方法，属于校准技术领域。
背景技术
滤膜自动称量装置是具有恒温恒湿、去静电、防震、滤膜自动识别和自动取放等功能的封闭式全自动智能称重仪器。它通过机械臂及输送设备，自动称量对大气颗粒物采样前后的滤膜质量，根据差值得出颗粒物质量，再与空气流量采样设备的采样体积相结合，可计算出PM2.5 和 PM10等颗粒物的质量浓度。随着国家层面实施“碳达峰”和“碳中和”要求，空气颗粒物检测工作量逐年不断增大，滤膜自动称量装置广泛应用于环境科学、资源科学技术、气象监测、科学研究、第三方检测等领域。由于大量的滤膜需要称量和分析，因而手工称量已经不能满足工作需求，滤膜自动称量装置逐步开始普及使用，特别是在环境监测和自然资源部门。
我国针对滤膜自动称量装置目前没有计量技术规范，但大量国产和进口的此类仪器已在普及使用。计量检定校准机构、仪器生产商和使用者（包括各级环境监测站等检验检测机构）没有一个统一明确的技术规范作为标准，各自使用自编方法，造成很多技术要求和测量结果不一致。
因此，需要对滤膜自动称量装置的计量特性进行准确定义，提出针对计量特性的校准方法，给出计量特性指标。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种滤膜自动称量装置的计量校准系统及方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括以下步骤：
步骤1，给出滤膜自动称量装置的计量特性，计量特性包括衡量仪器示值误差、衡量仪器重复性、测量结果不确定度评定。
步骤2，对衡量仪器示值误差进行测量。
步骤3，对衡量仪器重复性进行测量
步骤4，测量结果不确定度评定。
步骤41，根据空载示值的化整误差引起的标准不确定度、加载示值的化整误差引起的标准不确定度、重复性引起的标准不确定度以及砝码标准不确定度得到标准不确定度。
步骤42，根据标准不确定度得到扩展不确定度。
。
式中，为扩展不确定度，为扩展不确定因子。
优选的：步骤2中衡量仪器示值误差进行测量的方法：
步骤21，在滤膜自动称量装置中任选一层滤膜储存盘，在此层滤膜储存盘的任意滤膜库位分别放置至少5个不同的试验载荷，试验载荷包括100 mg、200 mg、500 mg、45%-55%最大秤量、最大秤量或95%-105%最大秤量。
步骤22，在测量之前，应将滤膜自动称量装置的衡量仪器示值设置为零。使用滤膜自动称量装置的机械臂把试验载荷从零载荷顺序增加至最大秤量，依次放置在衡量仪器的承载器上。
步骤23，测量时，衡量仪器示值在稳定的情况下读取，对于每一个试验载荷，衡量仪器示值误差为：
。
式中，为衡量仪器示值误差，为衡量仪器显示值，为试验载荷的参考质量
值。
优选的：步骤3，对衡量仪器重复性进行测量的方法：
步骤31，在重复性条件下，以实际一致的方法使用滤膜自动称量装置的机械臂，将同一载荷多次地选取同一层滤膜储存盘的同一滤膜库位，放置到衡量仪器的承载器上。衡量仪器重复性测量中试验载荷选择接近50%最大秤量的单个砝码。
步骤32，在测量之前，将衡量仪器示值置零，加载试验载荷至少10次。在测量过程中，通过滤膜自动称量装置的机械臂自动加载。
步骤33，每次加载载荷时，待衡量仪器示值稳定后读取，根据重复性测量点试验载荷，将实验标准偏差s作为重复性的表征：
。
式中，为实验标准偏差，为载荷加载次数，为第个载荷显示值，为个显示
值的平均值。
优选的：步骤41中标准不确定度为：
。
式中，为标准不确定度，为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，
为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，为重复性引起的标准不确定度，为
砝码标准不确定度。
一种滤膜自动称量装置的计量校准系统，采用上述滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括衡量仪器示值误差单元、衡量仪器重复性单元、测量结果不确定度评定单元，其中：
所述衡量仪器示值误差单元用于对衡量仪器示值误差进行测量。
所述衡量仪器重复性单元用于对衡量仪器重复性进行测量。
所述测量结果不确定度评定单元用于对测量结果不确定度评定。
优选的：标准不确定度为：
。
式中，为标准不确定度，为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，
为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，为重复性引起的标准不确定度，为
砝码标准不确定度。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明给出滤膜自动称量装置的计量特性：衡量仪器示值误差、衡量仪器重复性，以及对应的计量校准方法，提出计量特性的计量指标。首先对每层滤膜储存盘进行功能性检查，确保自动加载、卸载过程应正常运行，无机械故障情况出现。随后任选一层滤膜储存盘提取标准砝码，进行衡量装置的示值误差和重复性的测量。该方法无需对每个滤膜库位提取多个不同规格的标准砝码进行测量，能高效体现出被校对象的计量特性。
附图说明
图1为衡量仪器示值误差测量流程图。
图2为衡量仪器重复性的测量流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括以下步骤：
步骤1，给出滤膜自动称量装置的计量特性，计量特性包括衡量仪器示值误差、衡量仪器重复性、测量结果不确定度评定。
计量检测的环境条件：称量装置内部环境温度：(15～30）℃，校准期间温度最大变化不应超过1℃。称量装置内部相对湿度：(45～55) %，校准期间相对湿度最大变化不应超过5%。称量装置应安装在远离门窗、热源、避免阳光直射的地基上，并用冷光灯照明。地基应平整、坚固，且具有良好的刚度及防振功能。称量装置实验室内应避免有侵蚀性气体。
计量校准前准备工作：称量装置内部温度设置在（15～30）℃内任一点，通常设置20.0℃。相对湿度设置在50%。称量装置在校准之前应经过适当时间的通电，如称量装置说明书规定的预热时间，或用户设定的时间。若无上述规定，则称量装置预热时间不少于2小时。对每层滤膜储存盘，在其任一滤膜库位放置500 mg的标准砝码，使用称重装置的机械臂把标准砝码自动加载到衡量仪器的承载器上，待衡量仪器示值稳定后，再自动卸载放置回原滤膜库位。自动加载、卸载过程应正常运行，无机械故障情况出现。
步骤2，对衡量仪器示值误差进行测量。
步骤21，在滤膜自动称量装置中任选一层滤膜储存盘，在此层滤膜储存盘的任意滤膜库位分别放置至少5个不同的试验载荷，试验载荷包括100 mg、200 mg、500 mg、接近50%最大秤量、最大秤量或接近最大秤量。根据用户的需求可调整试验载荷测量点。
步骤22，在测量之前，应将滤膜自动称量装置的衡量仪器示值设置为零。使用滤膜自动称量装置的机械臂把试验载荷从零载荷顺序增加至最大秤量，依次放置在衡量仪器的承载器上。在测量过程中的每一步都必须采用自动加载方式，不可人工干预测量过程。在测量过程中的每一步自动卸载载荷放回原滤膜库位后需检查零点，如果零点示值不为零，应将示值设置为零。衡量仪器示值只有在稳定的情况下才可读取和记录。
步骤23，测量时，衡量仪器示值在稳定的情况下读取，对于每一个试验载荷，衡量仪器示值误差为：
。
式中，为衡量仪器示值误差，为衡量仪器显示值，为试验载荷的参考质量
值。
注：对于存放直径＞47 mm滤膜的滤膜储存盘，试验载荷无需包括100 mg和200mg。
步骤3，对衡量仪器重复性进行测量
步骤31，在重复性条件下，以实际一致的方法使用滤膜自动称量装置的机械臂，将同一载荷多次地选取同一层滤膜储存盘的同一滤膜库位，放置到衡量仪器的承载器上。通常试验载荷选择接近50%最大秤量的单个砝码。如用户有特殊需求，可调整试验载荷测试点。
步骤32，在测量之前，将衡量仪器示值置零，加载试验载荷至少10次。在测量过程中的每一步都必须采用自动加载方式，不可人工干预测量过程。每次加载载荷时，待衡量仪器示值稳定后记录示值。测量中每次自动卸载后，应检查示值，如果显示不为零，应置零。根据重复性测量点试验载荷，计算实验标准偏差s作为重复性的表征。
步骤33，每次加载载荷时，待衡量仪器示值稳定后读取，根据重复性测量点试验载荷，将实验标准偏差s作为重复性的表征：
。
式中，为实验标准偏差，为载荷加载次数，为第个载荷显示值，为个显示
值的平均值。
步骤4，测量结果不确定度评定。
步骤41，根据空载示值的化整误差引起的标准不确定度、加载示值的化整误差引起的标准不确定度、重复性引起的标准不确定度以及砝码标准不确定度得到标准不确定度。
(1)不确定度来源包括：
a)空载示值的化整误差引起的标准不确定度。
表示空载示值的化整误差。其区间半宽度为d0 /2，服从矩形分布：
。
b)加载示值的化整误差引起的标准不确定度。
表示加载时的示值误差。其区间半宽度为dL/2，服从矩形分布：
。
c)重复性引起的标准不确定度：
。
d)砝码标准不确定度：
根据砝码溯源校准证书中给出的砝码的约定质量以及校准不确定度U和覆盖因子k，其标准不确定度为：
。
标准不确定度为：
。
式中，为标准不确定度，为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，
为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，为重复性引起的标准不确定度，为
砝码标准不确定度。
步骤42，根据标准不确定度得到扩展不确定度。
。
式中，为扩展不确定度，为扩展不确定因子，取包含因子k=2。
一种滤膜自动称量装置的计量校准系统，采用上述滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括衡量仪器示值误差单元、衡量仪器重复性单元、测量结果不确定度评定单元，其中：
所述衡量仪器示值误差单元用于对衡量仪器示值误差进行测量。
所述衡量仪器重复性单元用于对衡量仪器重复性进行测量。
所述测量结果不确定度评定单元用于对测量结果不确定度评定。
标准不确定度为：
。
式中，为标准不确定度，为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，
为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，为重复性引起的标准不确定度，为
砝码标准不确定度。
本发明首先对每层滤膜储存盘进行功能性检查，确保自动加载、卸载过程应正常运行，无机械故障情况出现。随后任选一层滤膜储存盘提取标准砝码，进行衡量装置的示值误差和重复性的测量。该方法无需对每个滤膜库位提取多个不同规格的标准砝码进行测量，能高效体现出被校对象的计量特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种滤膜自动称量装置的计量校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，给出滤膜自动称量装置的计量特性，计量特性包括衡量仪器示值误差、衡量仪器重复性、测量结果不确定度评定；
步骤2，对衡量仪器示值误差进行测量；
步骤3，对衡量仪器重复性进行测量
步骤4，测量结果不确定度评定；
步骤41，根据空载示值的化整误差引起的标准不确定度、加载示值的化整误差引起的标准不确定度、重复性引起的标准不确定度以及砝码标准不确定度得到标准不确定度；
步骤42，根据标准不确定度得到扩展不确定度；
；
式中，为扩展不确定度，/>为扩展不确定因子，/>为标准不确定度。
2.根据权利要求1所述滤膜自动称量装置的计量校准方法，其特征在于：步骤2中衡量仪器示值误差进行测量的方法：
步骤21，在滤膜自动称量装置中任选一层滤膜储存盘，在此层滤膜储存盘的任意滤膜库位分别放置至少5个不同的试验载荷，试验载荷包括100 mg、200 mg、500 mg、45%-55%最大秤量、最大秤量或95%-105%最大秤量；
步骤22，在测量之前，应将滤膜自动称量装置的衡量仪器示值设置为零；使用滤膜自动称量装置的机械臂把试验载荷从零载荷顺序增加至最大秤量，依次放置在衡量仪器的承载器上；
步骤23，测量时，衡量仪器示值在稳定的情况下读取，对于每一个试验载荷，衡量仪器示值误差为：
；
式中，为衡量仪器示值误差，/>为衡量仪器显示值，/>为试验载荷的参考质量值。
3.根据权利要求1所述滤膜自动称量装置的计量校准方法，其特征在于：步骤3，对衡量仪器重复性进行测量的方法：
步骤31，在重复性条件下，以实际一致的方法使用滤膜自动称量装置的机械臂，将同一载荷多次地选取同一层滤膜储存盘的同一滤膜库位，放置到衡量仪器的承载器上；衡量仪器重复性测量中试验载荷选择接近50%最大秤量的单个砝码；
步骤32，在测量之前，将衡量仪器示值置零，加载试验载荷至少10次；在测量过程中，通过滤膜自动称量装置的机械臂自动加载；
步骤33，每次加载载荷时，待衡量仪器示值稳定后读取，根据重复性测量点试验载荷，将实验标准偏差s作为重复性的表征：
；
式中，为实验标准偏差，/>为载荷加载次数，/>为第/>个载荷显示值，/>为/>个显示值的平均值。
4.根据权利要求1所述滤膜自动称量装置的计量校准方法，其特征在于：步骤41中标准不确定度为：
；
式中，为标准不确定度，/>为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，/>为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，/>为重复性引起的标准不确定度，/>为砝码标准不确定度。
5.一种滤膜自动称量装置的计量校准系统，其特征在于：采用权利要求1所述滤膜自动称量装置的计量校准方法，包括衡量仪器示值误差单元、衡量仪器重复性单元、测量结果不确定度评定单元，其中：
所述衡量仪器示值误差单元用于对衡量仪器示值误差进行测量；
所述衡量仪器重复性单元用于对衡量仪器重复性进行测量；
所述测量结果不确定度评定单元用于对测量结果不确定度评定。
6.根据权利要求5所述滤膜自动称量装置的计量校准系统，其特征在于：标准不确定度为：
；
式中，为标准不确定度，/>为空载示值的化整误差引起的标准不确定度，/>为加载示值的化整误差引起的标准不确定度，/>为重复性引起的标准不确定度，/>为砝码标准不确定度。
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