便携式体重秤检定装置的研制

论　著ｆ　Ｔｈｅｓｉｓ　・３１・　便携式体重秤检定装置的研制　张雷，谷文昊，霍明星，董哲学，邱丹，杜乃军　【摘要】　目的：研制一种方便携带的体重秤检定装置，扭转因传统方法标准器沉重不便于现场检定，导致基层卫生机　构体重秤长期得不到有效计量保障的局面。方法：分别研制替代砝码和电子传感器２种标准器，并进行重复性、稳定　性实验比较。结果：通过对不确定度的分析与评定，确定了符合要求的最优方案。结论：该装置的研制，可使各级计量技　术机构对体重秤进行外场检定。　ｆ关键词】体重秤；检定；替代砝码；不确定度　【中国图书资料分类号］Ｒ３１８．６；ＴＢ９３２［文献标志码］Ａ［文章编号】１００３—８８６８（２０１５）０２—００３１～０３　ＤＯＩ：１０．７６８７￣．ＩＳＳＮ１００３—８８６８．２０１５．０２．０３１　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｓｃａｌｅ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ　，ＧＵ　Ｗｅｎ—ｈａｐ　，ＨＵＯ　Ｍｉｎｇ—ｘｉｎｇ　，ＤＯＮＧ　Ｚｈｅ—ｘｕｅ　，ＱＩＵ　Ｄａｎ　，ＤＵ　Ｎａｉ－ｊｕｎ　（１．Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ａｒｅａ　Ｃｏｍｍａｎｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１００２６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　３１３ｔｈ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＬＡ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１２５０００，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＯｂＪｅ￣，ｅ　Ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｓｃａｌｅ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｆｉｅｌｄ　ｃｏｌｉｂｒａｔｉｏｎ．Ａｊ【ｅＩ啦。由Ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃａｌｉｂｒａｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｃ．加岫ｄ　Ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｓｃａｌｅ　ｆｏｒ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ．　【Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１　５，３６（２）：３１—３３】　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｗｅｉｇｈｔ　ｓｃａｌｅ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｗｅｉｇｈｔ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　０引言　体质量是常人的一项重要生理指标，在军事训　练中更是不可缺少的考核项目。体重秤是广泛应用　于我军各医院与基层卫生机构的人体称重器具，目　前常见为度盘秤及电子体重秤２种。　各种不同品牌的体重秤进入了医疗机构和千家　万户，据调查，大多医疗机构称量体质量主要是以度　盘秤为主。我们希望称量人体体质量，医疗上的专用　秤与一般家庭用保健秤以不同标准来要求，因为体　质量这个指标的准确与否无论是对临床诊疗还是医　生用药都具有重要意义。所以医疗专用体重秤一定　要定期进行检定或校准，从而来提高医疗机构的医　疗水平，起到医学计量为临床服务、推动医学发展的　作用『１１。　但是如果依据ＪＪＧ１３－－１９９７（（模拟指示秤检定　规程》【２Ｊ对体重秤进行检定就需要使用１２０　ｋｇ的砝　码，十分不利于计量技术机构对基层卫生机构开展　巡回检定工作，致使许多基层卫生机构体重秤常年　失控。　１　研制并起草相关检定规程　目前，国内外尚没有质量轻、体积小、易于携带　的体重秤检定装置［３１。因此，迫切需要研制一种质量　基金项目：总后勤部卫生部军事医学计量科研专项课题（２０１１－ＪＬ２—００３）　作者简介：张雷（】９７６一），男，工程师，站长，主要从事医学计量、生物医　学工程方面的研究１二作．Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｅｎｔ６５１１２＠１６３．ＣＯＩＩＩ。　作者单位：１１００２６沈阳，沈阳军区医学计量测试研究站（张雷，谷文吴，　轻且方便携带的体重秤检定装置并且起草相关检定　规程，从而扭转基层卫生机构体重秤长期得不到有　效计量保障这一局面，弥补各级医学计量技术机构　对基层体重秤检定上的空白。为解决这一问题，制订　了２套解决方案。　１．１　方案一　研制一套标准容器及配套设备，通过装人液体　（蒸馏水或自来水）来替代标准砝码，并且制订相应　的检定方法。　标准容器采用坚硬合金制作，侧面设有液面指　示窗口。通过对液体密度、体积、温度、质量之间的关　系反复进行重复性、稳定性实验［１３，最终在指示窗口　上作出标尺。根据不同温度、液体密度等条件列出对　照表，从而可以快速确定替代砝码用水体积，通过标　尺准确称量液体体积并最终确定所替代质量。　通过研究主要解决标准容器的制作、液面指示　标尺的刻度，并通过实验得出的不同温度、液体密度、　体积、质量对照表，从而解决标准砝码的替代问题。　此方案关键点在于整套装置的不确定评定　。通　过不同形状标准容器实物研制及不同温度、不同液　体、不同容器、不同液面刻度方法等多方面反复实　霍明星，董哲学，邱・丹）；１２５０００辽宁葫芦岛，解放军３ｌ３医院（杜乃军）　验，找出方案，使得整套装置的不确定度达到最小，　能够满足体重秤的检定或校准工作。　１－２方案二　研制一套标准器，通过压力值换算质量来替代　标准砝码，并且制订相应的检定方法。　医疗卫生装备・２０１５年２月第３６卷第２期　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏ１．３６・Ｎｏ．２・Ｆｅｂｒｕａｒｙ・２０１５　・３２・　Ｔｈｅｓｉｓ　Ｉ论　著　标准器主要部分由压力传感器构成，通过螺纹　控制装置增加压力。首先，确定被测体重秤的中心，　在体重秤的中心位置加压，通过传感器显示的压力，　根据公式Ｆ＝Ｇ＝ｍｇ计算质量（ｍ）；然后，与体重秤上　的示值作比较，从而解决标准砝码的替代问题。　此方案关键点在于标准器的不确定评定ｌ３＿。由于　不同纬度的重力加速度不同及传感器本身的允许　误差的存在，需要通过实验使得标准器的不确定度　达到最小，以满足体重秤的检定或校准工作。　２可行性分析　２．１　方案一　ｌ　１　２　２　２　２　表３最大允许误差　ｍ以检定分度数表示　狐　Ⅳ　５　６　８　０　２　４　５　最大允许误差　Ｏ　Ｏ　Ｏ　０　０　Ｏ　Ｏ　９　９　９　９　９　９　９　９　９　９　９　９　９　９　８　８　８　７　７　７　㈣　ｍ瑚　允许误差为０．６２５％。标准器准确度要优于被检设备　３倍以上，所以，标准器的最大允许误差为￣－０．０８３　ｋｇ，最　大相对允许误差为±０．０６９％。　２．１．３　由标准器重复称量引入的不确定度分量　用所研制标准器检测标准体重秤在２０　、液体　体积０．０６０　１０８　ｍ。时的示数，短时间内重复测量６　２．１．１标准容器的体积修正　次。用观测值的实验标准偏差５　（　）表征测量标准　不同温度下，水的密度不同。本标准器适用于　的质量测量重复性。　在ｌ５～２５℃范围内检测，水在此温度范围内的密　由标准器重复称量引人的不确定度为　度变化见表１。　Ｓ６（Ｍ）／（、／　）：　！墨二　！　！翌二　２　表１　水在不同温度下的密度、体积变化　温度／℃密ｔ￣／（ｇ・ｃｍ　）３０　时体积／ｍ　６０　时体积／ｍ　１２０　ｋｇ时体积／ｍ。　０．０３０　０２７　０．０３０　０３２　０．０６０　０５４　０．０６０　０６４　Ｏ．１２Ｏ　１０８　０　１２０　ｌ２７　其相对不确定度为　：　丝２　ｘ—Ｘ　０．０３０　０４２　０．０３０　０５４　０．０３０　０６７　０．０６０　０８４　０．０６０　１０８　Ｏ．１２０　ｌ６８　Ｏ．１２０　２１６　０１２０　２６８　０．０６０　１３４　０．０６０１６２　０．０６０　１７８　２．１．４由温度计引入的不确定度分量　Ｏ．０３０　Ｏ８１　０．０３０　０８９　Ｏ１２Ｏ　３２５　０．１２０　３５６　不同温度下，水的密度不同，由温度计引入的不　确定度分量对实验的结果也会产生一定得影响。　本套标准器采用一等标准水银温度计，其相对　不确定度为０．０１０％ｔ６￣。　在１５　２５℃范围内，体积相同时，质量的误差为　Ａ＝０．９９９　０９９ｘ１０　×（０．１２０　３５６—０．１２０　１０８）＝　０．２４７８　ｋｇ　２．１．５标准器体积的变化引入的不确定度分量　所以，在不同的温度下，要获得相同的质量，就　不同温度下，标准器的体积也会产生变化，但由　必须对在该温度下液体的体积值进行修正。　于温度对本标准容器的影响极小，可忽略不计　。　２．１．２替代砝码的不确定度分析　２．１．６液体引入的不确定度分量　当前，医院中普遍使用的是１２０型度盘体重秤，　由于相同温度下，质量在０～１２０　ｋｇ范围内的水　它的最大称量为１２０　ｋｇ，分度数为２４０，分度值ｅ：　的质量和纯水的质量之间相差极小，可忽略不计。　０．５　ｋ　。根据ＪＪＧ　１　３—１　９９７《模拟指示秤检定规程　，　通过以上对不确定度分量的分析，最终计算出　在模拟指示秤中将度盘秤分为中准确度Ⅲ和普通准　扩展不确定度，若扩展不确定度小于０．０６９％，则此　确度Ⅳ。秤的等级与分度值、分度数关系见表２。　方案满足量值传递的要求。　表２秤的等级与分度值、分度数关系　２．２方案二　如图１所示，标准器主要部分由压力传感器构　成，通过旋转螺纹控制装置控制压力。　２．２．１　替代砝码的不确定度分析　注：用于贸易结算的秤，其最小检定分度数对于Ⅲ，ｎ＝ｌ　０００；对于ＩＶ，ｎ＝４００　由表２知，人体重秤为非贸易结算秤，分度数　ｎ＝２４０小于商用即普通１Ｖ、ｎ＝４００的分度数的要求。　体重秤最大允许误差可以根据模拟指示秤　ＪＪＧ　ｌ３—１９９７《模拟指示秤检定规程》嘲中的最大允　许误差表（见表３）查出。　从表３可以看出体重秤的分度数为２００＜２４０　（ｍ）＜１０　０００，最大允许误差为±１．５ｅ。１２０型体重秤的　分度值ｅ＝０．５　ｋｇ，最大理论误差为０．７５　ｋｇ，最大相对　・传感器　图１标准器示意图　医疗卫生装备・２０１５年２月第３６卷第２期Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏ１．３６・Ｎｏ．２・Ｆｅｂｒｕａｒｙ・２０１５　论　著ｌ　Ｔｈｅｓｉｓ　・３３・　标准器的最大允许误差为±Ｏ．０８３　ｋｇ，最大相对　加速度最小的地域为昆明（９．７８３　０　ｍ／ｓ　）。　允许误差为±０．０６９％。　２．２。２　由标准器重复称量引入的不确定度分量　相同重力下可引入的最大的质量误差为　１２０ｘ９．８０６　６／９．７８３　０－１２０＝０．２８９　ｋｇ　因此，在不同地域测量体质量时，要考虑该地域　用所研制标准器检测标准体重秤在２５　ｏＣ、沈阳　地区（重力加速度为９．８０３　５　ｍ／ｓ　）施加压力，直接换　的重力加速度。　算质量，短时间内重复测量６次。用观测值的实验标　通过以上对不确定度分量的分析，最终计算出　扩展不确定度，若扩展不确定度小于０．０６９％，则此　准偏差表征测量标准的质量测量重复性。　由标准器重复称量引入的不确定度为　方案满足量值传递的要求。　ｓ　（　）／（、／　）：　其相对不确定度为　：　【墨二　！　【堕二！ｊ　３应用效果　２　研制的２种便于携带的标准器，扩展不确定度　均小于０．０６９％，如外出环境条件可控，则完全能满　足体重秤的检定要求。　４结语　２．２．３　由传感器本身允许误差引入的不确定度　分量　该装置体积小、质量轻、便于携带，填补了各级　计量技术机构对体重秤外场检定的空白。　［参考文献】　［１］李辉，曲海燕，张祖进，等．医院医学计量工作的特点与难点分析　所用传感器本身有一定的允许误差１１，。，从而影　响整套标准器的不确定度的评定。　２．２．４不同纬度、不同高度引入的不确定度分量　不同纬度下，重力加速度　会产生变化，从而影　响标准器的不确定度评定嘲。我国纬度的跨度：北纬　３。５２　（南沙群岛曾母暗沙）～北纬５３。３３　（漠河以北　黑龙江主航道）。　地球各点重力加速度近似计算公式：　ｇ＝　（１－０．００２　６５ｃｏｓ　０）／（１＋（２ｈ／Ｒ））　式中：　为地球标准重力加速度９．８０６　６５　ｍ／ｓ　；　为　测量点的地球纬度；　为测量点的海拔高度；　为地　球的平均半径（Ｒ＝６　３７０　ｋｍ）。　不同地域的重力加速度可通过查表得到。中国　重力加速度最大地域为哈尔滨（９．８０６　６　ｍ／ｓｚ），重力　（．．●上接第２７页．＿●）　研究［Ｊ］．医疗卫生装备，２０１４，３５（３）：１４１—１４２，１４７．　［２］ＪＪＧ　１０—１９９７模拟指示秤检定规程【Ｓ］．北京：国家技术监督局，　１９９７．　【３］郭勇．医学计量：上册［Ｍ］．北京：中国计量出版社，２００２．　［４］李咏雪，孙志辉．医学计量标准建立指南［Ｍ］．北京：人民军医出版　社，２０１２：４３—５７．　［５］宁佐芳．不同温度下，水的密度为什么不一样［Ｊ］．实验教学与仪　器，２００１，１８（９）：３２．　［６】ＪＪＧ　１６１一ｌ９７５一等标准水银温度计检定规程［ｓ］．北京：国家　技术监督局．１９７５．　［７】ＪＪＧ　１０３６－－２００８　电子天平【Ｓ】．北京：国家技术监督局，２００８．　［８］于凤君．地球自转、形状和重力加速度随纬度的变化［ＪＪ．大学物　理，２０１３，３２（６）：１６—１９．　（收稿：２０１４—０５—１３修回：２０１４—０９—２０）　船上安装固定，可完成伤员的直升机换乘、吊杆法换　乘和舷梯换乘任务，证明该套系统可有效保障模块　化医院船的伤员换乘需求。对于如何进一步提高伤　［２］段新安，马飞，李捞摸，等．医院船医疗设备建设思考　．医疗卫　生装备．２０１３．３４（１Ｏ）：９６—９７．　［３］洪加津，吴桂荣，朱成全，等．医院船战时海上伤员换乘能力探　讨［ＪＪ＿华南国防医学杂志，２０１１，２５（２）：１４９—１５０．　员换乘效率，除了保障换乘装备工作状态良好外，如　何组织与实施换乘也同样重要。对于模块化医院船　来说，它是应急情况下临时组建的，对于全船如何组　织协调伤员换乘问题，可以借鉴“世昌舰”海上伤员　换乘的组织与实施　，切实做到统一指挥、密切协同；　视情选择换乘方法；注意安全，防止意外；加强训练，　熟悉程序、协调动作。部队在多次海上医疗救护演练　［４］　田辉荣，罗五金．登陆作战中改良模块化医院船的思考阴．海军　医学杂志，２００５，２６（１）：２０—２３．　［５】倪健，曹宝根，邵壮超．海上伤病员换乘装置自动化及信息化改　进初探【Ｊｊ．海军医学杂志，２００９，３０（３）：２３３—２３４．　［６］王洵，沈俊良，夏志方，等．模块化医院船的研究Ⅲ．船舶工程，　２０１０，３２（１）：８－１０．　［７］涂通今．中国医学百科全书：军事医学【Ｍ］．上海：上海科学技术　出版社．１９９５：９５—９６．　中，建立健全了海上伤员换乘部署，并在实践中得到　有效应用㈣。　【参考文献】　［１］向仕平，洪加津，吴桂荣，等．卫生运输船伤员分类方法的探　【８】王洵，沈俊良，夏志方，等．批量伤员换乘吊篮的研制［ＪＪ．海军医　学杂志，２００９，３０（２）：１５９—１６１．　［９］王革新，王绍杰．“世昌舰”海上伤员换乘的组织与实施　．海军　医学杂志，２００２，２３（２）：１４６—１４８．　【１Ｏ］薛朝堂，衣利中，李会清．海上伤员换乘的组织与实施［Ｊ】．海军医　学杂志，２００６，２７（３）：１９３—１９５．　讨［Ｊ］．中华航海医学与高气压医学杂志，２００８，１５（２）：１　１９—１２０．　・（收稿：２０１４—０２—１０修回：２０１４—０９—２０）　医疗卫生装备・２０１５年２月第３６卷第２期Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏ１．３６・Ｎｏ．２・Ｆｅｂｒｕａｒｙ・２０１５