EXCEL 在質(zhì)量比較儀數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

許曉青，李鎖印，趙琳，韓志國(guó)，馮亞南

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所，河北 石家莊050051)

1 質(zhì)量比較儀及電子表格EXCEL 的作用

1.1 質(zhì)量比較儀

質(zhì)量是物體的一種重要屬性，它表示了物體慣性和引力大小的量度。質(zhì)量比較儀主要是根據(jù)彈性元件的變形和應(yīng)變，或電磁力反饋平衡的原理進(jìn)行制造，它基于ABA 或ABBA 循環(huán)方式測(cè)量質(zhì)量差值，用于砝碼傳遞或其他特殊用途的，以全量程或電子秤量范圍加配衡的稱量方式的高分辨力電子衡量設(shè)備。2011 年11 月30 日國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布了JJF 1326－2011 《質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)規(guī)范》，此規(guī)范是首次針對(duì)質(zhì)量比較儀發(fā)布的校準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范中規(guī)定了質(zhì)量比較儀的校準(zhǔn)項(xiàng)目為:重復(fù)性、偏載誤差和局部示值誤差。由校準(zhǔn)規(guī)范可知:最終完成原始記錄、校準(zhǔn)證書(shū)以及測(cè)量不確定度評(píng)定，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差、方和根等比較繁瑣的計(jì)算。

1.2 電子表格EXCEL

EXCEL 是Office 辦公軟件家族中的核心軟件之一，它具有強(qiáng)大的自由制表和數(shù)據(jù)處理等多種功能，是目前世界上較為優(yōu)秀和流行的電子表格制作和數(shù)據(jù)處理軟件之一。利用EXCEL 強(qiáng)大的公式函數(shù)計(jì)算能力和多個(gè)工作表的整合能力以及靈活的格式修飾和數(shù)據(jù)保護(hù)能力，可以把復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀撞僮?、?jiǎn)單直觀、輸入?yún)?shù)直接得到想要結(jié)果的“輕松”操作。本實(shí)驗(yàn)室自2012 年5 月起利用EXCEL 實(shí)行原始記錄、證書(shū)、不確定度計(jì)算自動(dòng)一體化模板，取得了很好的效果。

2 測(cè)量原理及方法

2.1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量原理

本文采用本單位最高等級(jí)的E2等級(jí)砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器。

2.2 被測(cè)對(duì)象

賽多利斯生產(chǎn)的CCE2004 型質(zhì)量比較儀

2.3 環(huán)境條件

溫度為18 ～23 ℃，校準(zhǔn)時(shí)溫度變化每4 h 最大變化為0.7 ℃;

相對(duì)濕度為30% ～70%，校準(zhǔn)時(shí)相對(duì)濕度變化每4 h 最大變化為10%。

2.4 測(cè)量原理與方法

選取Pt1=1 kg，Pt2=2 kg 作為試驗(yàn)載荷點(diǎn)，基于A1A2A3A4的稱量方式，分別對(duì)質(zhì)量比較儀的重復(fù)性、偏載誤差和局部示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

3 EXCEL 在質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)結(jié)果中的解決方案

利用EXCEL 分別對(duì)原始記錄進(jìn)行編制、完成校準(zhǔn)證書(shū)的自動(dòng)生成以及分別對(duì)各測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行不確定計(jì)算，本文編制的一體化模板總共可分為“原始記錄”、“校準(zhǔn)證書(shū)”、“校準(zhǔn)結(jié)果”“不確定度計(jì)算”四個(gè)工作表。

3.1 原始記錄的編制

3.1.1 原始記錄表頭的編制

按照實(shí)驗(yàn)室相關(guān)文件的規(guī)定，編制原始記錄表頭(一般包括被檢/校設(shè)備信息、標(biāo)準(zhǔn)器具信息、檢定/校準(zhǔn)日期、環(huán)境條件、校準(zhǔn)人員等信息)，原始記錄表頭樣式詳見(jiàn)圖1。

3.1.2 原始記錄數(shù)據(jù)區(qū)域

圖1 原始記錄表頭格式

參照J(rèn)JG 1326 －2011 《質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)規(guī)范》編制原始記錄表格數(shù)據(jù)區(qū)域，數(shù)據(jù)區(qū)域共包括三大部分:重復(fù)性、偏載誤差和局部示值誤差。本文以其中的重復(fù)性為例。重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)如圖2 所示。(為了縮小圖片，對(duì)其中測(cè)量序號(hào)2 ～8 的數(shù)據(jù)進(jìn)行了隱藏)。

圖2 重復(fù)性測(cè)量原始記錄

圖2所涉及到原始記錄數(shù)據(jù)區(qū)域的相關(guān)信息詳見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量重復(fù)性原始記錄中數(shù)據(jù)區(qū)域相關(guān)信息

?

重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)填入完成后，EXCEL 即可根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出最終校準(zhǔn)結(jié)果和測(cè)量不確定度。

值得注意的是:若重復(fù)性測(cè)量次數(shù)小于10 次，則應(yīng)在F56 和H56 中的數(shù)據(jù)之前乘以一個(gè)安全因子，使測(cè)量結(jié)果更接近于正態(tài)分布。測(cè)量次數(shù)與系數(shù)之間的安全因子見(jiàn)表2。

表2 測(cè)量次數(shù)與系數(shù)之間的安全因子表

3.2 校準(zhǔn)證書(shū)信息頁(yè)的自動(dòng)生成

利用Excel 的“選擇性粘貼”中的“粘貼鏈接”功能將“原始記錄”中的相關(guān)信息鏈接到“校準(zhǔn)證書(shū)1 ～2 頁(yè)”，包括被檢儀器的相關(guān)信息如: “證書(shū)號(hào)”、“送檢單位”、“型號(hào)”、“機(jī)號(hào)/編號(hào)”、“結(jié)論”、“校準(zhǔn)日期”等;還包括標(biāo)準(zhǔn)器具、所依據(jù)的技術(shù)文件、環(huán)境溫濕度等等。

3.3 校準(zhǔn)結(jié)果的自動(dòng)生成

利用Excel 的“粘貼”鏈接功能將“原始記錄”工作表中的數(shù)據(jù)鏈接到“校準(zhǔn)結(jié)果”工作表(黃色陰影區(qū)域即為所鏈接的數(shù)據(jù))，如圖3 所示。

圖3 校準(zhǔn)結(jié)果頁(yè)

注意:一定要先“粘貼”所有數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)格式的一致性，再“粘貼鏈接”以保證數(shù)據(jù)值的正確性。

3.4 測(cè)量不確定度評(píng)定

參考校準(zhǔn)規(guī)范的附錄A 進(jìn)行不確定度評(píng)定。將“不確定度計(jì)算”工作表分為“各個(gè)不確定度分量”、“各影響因子”和“各項(xiàng)擴(kuò)展不確定度”三大部分，如圖4 所示。

圖4 “不確定計(jì)算”工作界面

圖4 所涉及到“各不確定度分量”的相關(guān)信息主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面:①通過(guò)鏈接到“原始記錄”工作表得到，如:C3:E5 單元格中的信息;②質(zhì)量比較儀說(shuō)明書(shū)，如:比較儀的溫度影響平均特性;③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器即砝碼的證書(shū)，如:小砝碼實(shí)際的折算質(zhì)量;④JJG99 －2006 砝碼檢定規(guī)程，如:小砝碼最大允許誤差。圖4 所涉及到“各影響因子”和“各項(xiàng)擴(kuò)展不確定度”中的數(shù)據(jù)，則是通過(guò)輸入公式，鏈接“各不確定度分量”中的數(shù)據(jù)，EXCEL 自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算得到。例如:計(jì)算試驗(yàn)載荷為1kg 時(shí)，重復(fù)性測(cè)量的擴(kuò)展不確定度，在目標(biāo)單元格以“=”開(kāi)頭，根據(jù)計(jì)算公式UR

表達(dá)式為“=2* SQRT (H4* POWER ((原始記錄!D12* 1000000)，2) +POWER (J12，2))”，其中“原始記錄!D12”為工作表“原始記錄”中的數(shù)據(jù)，H4、J12 均為本工作表“不確定度計(jì)算”中的數(shù)據(jù)，函數(shù)POWER (number，power)中，number 為底數(shù)，可以為任意實(shí)數(shù);power 為指數(shù)，底數(shù)按該指數(shù)次冪乘方。

同理，我們可以根據(jù)不同的公式及數(shù)據(jù)運(yùn)用其他函數(shù)對(duì)另外幾項(xiàng)不確定度分別進(jìn)行計(jì)算。

4 數(shù)據(jù)處理中應(yīng)注意的問(wèn)題

從以上分析可知，質(zhì)量比較儀在運(yùn)用電子表格EXCEL 對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:①重復(fù)性測(cè)量次數(shù)小于10 次時(shí)，需要考慮安全因子的問(wèn)題;②注意公式中單位的統(tǒng)一，本文中試驗(yàn)載荷單位為kg，而重復(fù)性測(cè)量不確定度的單位為mg，在利用公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要對(duì)單位進(jìn)行統(tǒng)一;③粘貼鏈接數(shù)據(jù)格式的準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了如何利用Excel 的數(shù)據(jù)處理功能(尤其是“粘貼鏈接”功能)設(shè)計(jì)原始記錄、校準(zhǔn)證書(shū)以及不確定度計(jì)算的Excel 一體化模板。經(jīng)實(shí)踐證明，本方案利用EXCEL 解決原始記錄的處理、證書(shū)的自動(dòng)生成和不確定度的計(jì)算，可以使三者較好地融為一體，化繁為簡(jiǎn)，具有較強(qiáng)的通用性，從而極大地減輕了校準(zhǔn)人員的工作量，最大程度上降低了出錯(cuò)率。最后指出在質(zhì)量比較儀在運(yùn)用EXCEL 對(duì)其校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要注意的問(wèn)題。

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