许晓青，李锁印，赵琳，韩志国，冯亚南

(中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄050051)

1 质量比较仪及电子表格EXCEL 的作用

1.1 质量比较仪

质量是物体的一种重要属性，它表示了物体惯性和引力大小的量度。质量比较仪主要是根据弹性元件的变形和应变，或电磁力反馈平衡的原理进行制造，它基于ABA 或ABBA 循环方式测量质量差值，用于砝码传递或其他特殊用途的，以全量程或电子秤量范围加配衡的称量方式的高分辨力电子衡量设备。2011 年11 月30 日国家质量监督检验检疫总局发布了JJF 1326－2011 《质量比较仪校准规范》，此规范是首次针对质量比较仪发布的校准规范，规范中规定了质量比较仪的校准项目为:重复性、偏载误差和局部示值误差。由校准规范可知:最终完成原始记录、校准证书以及测量不确定度评定，需要对测量数据进行实验标准偏差、方和根等比较繁琐的计算。

1.2 电子表格EXCEL

EXCEL 是Office 办公软件家族中的核心软件之一，它具有强大的自由制表和数据处理等多种功能，是目前世界上较为优秀和流行的电子表格制作和数据处理软件之一。利用EXCEL 强大的公式函数计算能力和多个工作表的整合能力以及灵活的格式修饰和数据保护能力，可以把复杂的数据计算转变为容易操作、简单直观、输入参数直接得到想要结果的“轻松”操作。本实验室自2012 年5 月起利用EXCEL 实行原始记录、证书、不确定度计算自动一体化模板，取得了很好的效果。

2 测量原理及方法

2.1 测量标准及测量原理

本文采用本单位最高等级的E2等级砝码作为标准器。

2.2 被测对象

赛多利斯生产的CCE2004 型质量比较仪

2.3 环境条件

温度为18 ～23 ℃，校准时温度变化每4 h 最大变化为0.7 ℃;

相对湿度为30% ～70%，校准时相对湿度变化每4 h 最大变化为10%。

2.4 测量原理与方法

选取Pt1=1 kg，Pt2=2 kg 作为试验载荷点，基于A1A2A3A4的称量方式，分别对质量比较仪的重复性、偏载误差和局部示值误差进行校准。

3 EXCEL 在质量比较仪校准结果中的解决方案

利用EXCEL 分别对原始记录进行编制、完成校准证书的自动生成以及分别对各测量点进行不确定计算，本文编制的一体化模板总共可分为“原始记录”、“校准证书”、“校准结果”“不确定度计算”四个工作表。

3.1 原始记录的编制

3.1.1 原始记录表头的编制

按照实验室相关文件的规定，编制原始记录表头(一般包括被检/校设备信息、标准器具信息、检定/校准日期、环境条件、校准人员等信息)，原始记录表头样式详见图1。

3.1.2 原始记录数据区域

图1 原始记录表头格式

参照JJG 1326 －2011 《质量比较仪校准规范》编制原始记录表格数据区域，数据区域共包括三大部分:重复性、偏载误差和局部示值误差。本文以其中的重复性为例。重复性测量数据如图2 所示。(为了缩小图片，对其中测量序号2 ～8 的数据进行了隐藏)。

图2 重复性测量原始记录

图2所涉及到原始记录数据区域的相关信息详见表1。

表1 测量重复性原始记录中数据区域相关信息

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重复性测量数据填入完成后，EXCEL 即可根据测量数据自动计算出最终校准结果和测量不确定度。

值得注意的是:若重复性测量次数小于10 次，则应在F56 和H56 中的数据之前乘以一个安全因子，使测量结果更接近于正态分布。测量次数与系数之间的安全因子见表2。

表2 测量次数与系数之间的安全因子表

3.2 校准证书信息页的自动生成

利用Excel 的“选择性粘贴”中的“粘贴链接”功能将“原始记录”中的相关信息链接到“校准证书1 ～2 页”，包括被检仪器的相关信息如: “证书号”、“送检单位”、“型号”、“机号/编号”、“结论”、“校准日期”等;还包括标准器具、所依据的技术文件、环境温湿度等等。

3.3 校准结果的自动生成

利用Excel 的“粘贴”链接功能将“原始记录”工作表中的数据链接到“校准结果”工作表(黄色阴影区域即为所链接的数据)，如图3 所示。

图3 校准结果页

注意:一定要先“粘贴”所有数据以保证数据格式的一致性，再“粘贴链接”以保证数据值的正确性。

3.4 测量不确定度评定

参考校准规范的附录A 进行不确定度评定。将“不确定度计算”工作表分为“各个不确定度分量”、“各影响因子”和“各项扩展不确定度”三大部分，如图4 所示。

图4 “不确定计算”工作界面

图4 所涉及到“各不确定度分量”的相关信息主要来源于以下几个方面:①通过链接到“原始记录”工作表得到，如:C3:E5 单元格中的信息;②质量比较仪说明书，如:比较仪的温度影响平均特性;③测量标准器即砝码的证书，如:小砝码实际的折算质量;④JJG99 －2006 砝码检定规程，如:小砝码最大允许误差。图4 所涉及到“各影响因子”和“各项扩展不确定度”中的数据，则是通过输入公式，链接“各不确定度分量”中的数据，EXCEL 自动进行计算得到。例如:计算试验载荷为1kg 时，重复性测量的扩展不确定度，在目标单元格以“=”开头，根据计算公式UR

表达式为“=2* SQRT (H4* POWER ((原始记录!D12* 1000000)，2) +POWER (J12，2))”，其中“原始记录!D12”为工作表“原始记录”中的数据，H4、J12 均为本工作表“不确定度计算”中的数据，函数POWER (number，power)中，number 为底数，可以为任意实数;power 为指数，底数按该指数次幂乘方。

同理，我们可以根据不同的公式及数据运用其他函数对另外几项不确定度分别进行计算。

4 数据处理中应注意的问题

从以上分析可知，质量比较仪在运用电子表格EXCEL 对其校准结果进行数据处理时，需要注意以下几个问题:①重复性测量次数小于10 次时，需要考虑安全因子的问题;②注意公式中单位的统一，本文中试验载荷单位为kg，而重复性测量不确定度的单位为mg，在利用公式进行计算时，需要对单位进行统一;③粘贴链接数据格式的准确。

5 结束语

本文重点介绍了如何利用Excel 的数据处理功能(尤其是“粘贴链接”功能)设计原始记录、校准证书以及不确定度计算的Excel 一体化模板。经实践证明，本方案利用EXCEL 解决原始记录的处理、证书的自动生成和不确定度的计算，可以使三者较好地融为一体，化繁为简，具有较强的通用性，从而极大地减轻了校准人员的工作量，最大程度上降低了出错率。最后指出在质量比较仪在运用EXCEL 对其校准结果进行数据处理时，需要注意的问题。

［1］付宽. 力学计量［M］. 北京:原子能出版社，2002.

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