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电子汽车衡偏载误差分析及其对称量不确定度的影响

随着我国社会经济的逐步发展,原有的机械式秤被电子秤代替,电子称有直观、快捷、平时维护方便等优点,所以地磅广泛应用于商业贸易计量行业。本文介绍了地磅的产生偏载误差的原因,以及地磅检定中因偏载引起的不确定度分量对称量结果的影响。

地磅的误差是对称量结果准确度的定量描述,地磅在应用中经常会遇到误差问题。这不仅影响地磅使用的可靠性,也不同程度的损害地磅使用着的利益。地磅作为贸易结算用计量器具,必须进行周期检定。偏载误差作为周期检定时必须检定的项目,研究地磅偏载误差来源分析,掌握其误差来源有助于提高地磅检定工作的质量和效率。

一、电子汽车衡偏载误差来源

1.地磅就是将物体的质量垂直作用在秤台上,秤台将质量传递给传感器,使传感器的弹性体产生变形,进而使贴于弹性体上并组成惠斯登电桥应变计的阻值发生变化,电桥平衡受到破坏,输出一个与大小成线性关系的电压信号,由于每只传感器的灵敏度不同,故在同一质量的作用下,每只传感器电压输出略有差别,影响秤的一致性,故需在系统中接入一个接线盒,使每只传感器的输出信号调成一致,从接线盒输出的有效性电压信号接入称重显示器,再经 A/D 转换为数字信号,由仪表的微处理机(CPU)对重量信号进行处理后直接显示重量数据。

2.地磅偏载测试的目的是评价同一砝码放在称重台不同位置上与放在中心位置上的一致程度。产生偏载误差的主要原因如下:

①限位和承载器的刚度、强度和塔接处结构结构以及间隙不满足要求。地磅出厂随机文件明确规定,限位间隙应保持在 3mm 左右,太大了会影响衡器的称量性能,太小了可能温度变化会使纵向限位顶死;称重台变形、基础塌陷,称重台与基础的结构造成了偏载误差。

②使用称重传感器不同所产生的偏差。地磅有多个称重传感器,由于称重传感器的弹性体和电阻应变计等关键材料的差异,以及制造工艺方面还不完善, 称重传感器的非线性指标不一致,每个称重传感器的绝对灵敏度就有所不同,造成相同的激励电压,各称重传感器的信号输出不一样,因此产生偏载误差。

③称重台摩擦也是是造成偏载误差的原因。摩擦是造成误差的重要因素,摩擦影响力的传递,这样加载时的重量不能完全作用到称重传感器上。

④安装调试不合格,称重传感器安装要求“横平竖直”。如果是柱式称重传感器安装在大型地磅上,当环境温度发生变化,由于受到热涨冷缩会改变当初的“横平竖直”,致使其抗偏载性能变差,导致偏载误差产生。

二、电子汽车衡偏载误差对称量不确定度的影响

1.数学模型

E=I+0.5e-△m-m

式中:E—误差;I—示值;e—检定分度值;△m—附加小砝码;

m—砝码。

2.被测对象

SCS-30 地磅Ⅲ级,最大称量 30t,检定分度值 10kg,4 只传感器。

3.测量方法

根据 JJG539-97《数字指示秤检定规程》用 M1 级砝码作为标准值与地磅化整值进行比较,在最小称量、最大称量进行不确定度的评定。

4.电子汽车衡偏载误差不确定度 up 电子汽车衡 SCS-30 在进行偏载测试时是将最大称量 1/3 的砝码均匀放置在 1/4 的承载台面上,最大值与最小值一般不会超过相应称量的允许误差,半宽 a=0.5e,假设其误差为偏载测试的 1/3 并服从均匀分布,包含因子 k=,可得 up=0.5e/3=0.1e。地磅 SCS-30偏载测试时,10t 砝码在 1/4 的承载面内均匀放置,本次测试数据为如下:①6kg;②4kg;③8kg;④-2kg。其平均值为 4kg,并服从均匀分布,可得各角偏载的半宽为:a1 =(6-4)/2kg=1kg;a2=0kg;a3=2kg;a4=3kg ,包含因子 k=,因此在 10t 时各偏载的不确定度分别为;up1=a1/0.58kg;up2(可忽略);up3=1.15kg;up4=1.73kg。

5.在最小称量测试时各偏载的不确定度 umin 中准确度等级的最小称量为 20e,在 200kg 称量重复性测试时,分担在每只传感器上的质量为 50kg,而偏载时用 10t 砝码,最小称量分担在每个传感器上的质量为偏载时的 0.5%,其相应半宽分别为:amin1=0.5%a1=0.5%kg=0.005kg;amin2=0kg;amin3=0.011kg;amin4=0.015kg,并服从均匀分布,包含因子 k=。因此,在最小称量 400kg 时各偏载的不确定度分别为:umin1= amin1 0.0029kg (可略);umin2 (可忽略);umin3=0.0063kg(可忽略);umin6=0.0087kg(可忽略)。

总之,umin= umin1+ umin2+ umin3+ umin4 =0.018kg。

6.在最大称量测试时各偏载的不确定度 umax 地磅在 30t 称量重复性测试时,分担在每只传感器上的质量为 7.5t,而偏载时用 10t 砝码,最大称量分担在每个传感器上的质量为偏载时的 75%,其相应半宽分别为:amin1=0.75a1=0.75kg=0.75kg; amin2=0kg;amin3=1.5kg;amin4=2.25kg,并服从均匀分布,包含因子 k=。因此,在最大称量 30t 时各偏载的不确定度分别:Umax1=0. 75kg=0.43kg;umax2(可忽略);umin3=0.87kg;umin4=1.30kg。

总之,umax= umax1+ umax2+ umax3+ umax4=2.6kg。在日常检定中,在小称量时偏载的影响小,可以忽略;在大称量时偏载影响较大。