地磅偏載誤差分析及其對(duì)稱(chēng)量不確定度的影響

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，原有的機(jī)械式秤被電子秤代替，電子稱(chēng)有直觀(guān)、快捷、平時(shí)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，所以地磅廣泛應(yīng)用于商業(yè)貿(mào)易計(jì)量行業(yè)。本文介紹了地磅的產(chǎn)生偏載誤差的原因，以及地磅檢定中因偏載引起的不確定度分量對(duì)稱(chēng)量結(jié)果的影響。

地磅的誤差是對(duì)稱(chēng)量結(jié)果準(zhǔn)確度的定量描述，地磅在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到誤差問(wèn)題。這不僅影響地磅使用的可靠性，也不同程度的損害地磅使用著的利益。地磅作為貿(mào)易結(jié)算用計(jì)量器具，必須進(jìn)行周期檢定。偏載誤差作為周期檢定時(shí)必須檢定的項(xiàng)目，研究地磅偏載誤差來(lái)源分析，掌握其誤差來(lái)源有助于提高地磅檢定工作的質(zhì)量和效率。

一、地磅偏載誤差來(lái)源

1.地磅就是將物體的質(zhì)量垂直作用在秤臺(tái)上，秤臺(tái)將質(zhì)量傳遞給傳感器，使傳感器的彈性體產(chǎn)生變形，進(jìn)而使貼于彈性體上并組成惠斯登電橋應(yīng)變計(jì)的阻值發(fā)生變化，電橋平衡受到破壞，輸出一個(gè)與大小成線(xiàn)性關(guān)系的電壓信號(hào)，由于每只傳感器的靈敏度不同，故在同一質(zhì)量的作用下，每只傳感器電壓輸出略有差別，影響秤的一致性，故需在系統(tǒng)中接入一個(gè)接線(xiàn)盒，使每只傳感器的輸出信號(hào)調(diào)成一致，從接線(xiàn)盒輸出的有效性電壓信號(hào)接入稱(chēng)重顯示器，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由儀表的微處理機(jī)（CPU）對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)。

2.地磅偏載測(cè)試的目的是評(píng)價(jià)同一砝碼放在稱(chēng)重臺(tái)不同位置上與放在中心位置上的一致程度。產(chǎn)生偏載誤差的主要原因如下:

①限位和承載器的剛度、強(qiáng)度和塔接處結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)以及間隙不滿(mǎn)足要求。地磅出廠(chǎng)隨機(jī)文件明確規(guī)定，限位間隙應(yīng)保持在 3mm 左右，太大了會(huì)影響衡器的稱(chēng)量性能，太小了可能溫度變化會(huì)使縱向限位頂死；稱(chēng)重臺(tái)變形、基礎(chǔ)塌陷,稱(chēng)重臺(tái)與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)造成了偏載誤差。

②使用稱(chēng)重傳感器不同所產(chǎn)生的偏差。地磅有多個(gè)稱(chēng)重傳感器,由于稱(chēng)重傳感器的彈性體和電阻應(yīng)變計(jì)等關(guān)鍵材料的差異,以及制造工藝方面還不完善, 稱(chēng)重傳感器的非線(xiàn)性指標(biāo)不一致，每個(gè)稱(chēng)重傳感器的絕對(duì)靈敏度就有所不同,造成相同的激勵(lì)電壓,各稱(chēng)重傳感器的信號(hào)輸出不一樣，因此產(chǎn)生偏載誤差。

③稱(chēng)重臺(tái)摩擦也是是造成偏載誤差的原因。摩擦是造成誤差的重要因素,摩擦影響力的傳遞,這樣加載時(shí)的重量不能完全作用到稱(chēng)重傳感器上。

④安裝調(diào)試不合格，稱(chēng)重傳感器安裝要求“橫平豎直”。如果是柱式稱(chēng)重傳感器安裝在大型地磅上，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化，由于受到熱漲冷縮會(huì)改變當(dāng)初的“橫平豎直”，致使其抗偏載性能變差，導(dǎo)致偏載誤差產(chǎn)生。

二、地磅偏載誤差對(duì)稱(chēng)量不確定度的影響

1.數(shù)學(xué)模型

E=I+0.5e-△m-m

式中：E—誤差；I—示值；e—檢定分度值；△m—附加小砝碼；

m—砝碼。

2.被測(cè)對(duì)象

SCS-30 地磅Ⅲ級(jí)，最大稱(chēng)量 30t，檢定分度值 10kg，4 只傳感器。

3.測(cè)量方法

根據(jù) JJG539-97《數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》用 M1 級(jí)砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)值與地磅化整值進(jìn)行比較，在最小稱(chēng)量、最大稱(chēng)量進(jìn)行不確定度的評(píng)定。

4.地磅偏載誤差不確定度 up 電子汽車(chē)衡 SCS-30 在進(jìn)行偏載測(cè)試時(shí)是將最大稱(chēng)量 1/3 的砝碼均勻放置在 1/4 的承載臺(tái)面上，最大值與最小值一般不會(huì)超過(guò)相應(yīng)稱(chēng)量的允許誤差，半寬 a=0.5e,假設(shè)其誤差為偏載測(cè)試的 1/3 并服從均勻分布，包含因子 k=,可得 up=0.5e/3=0.1e。地磅 SCS-30偏載測(cè)試時(shí)，10t 砝碼在 1/4 的承載面內(nèi)均勻放置，本次測(cè)試數(shù)據(jù)為如下：①6kg;②4kg;③8kg;④-2kg。其平均值為 4kg，并服從均勻分布，可得各角偏載的半寬為：a1 =（6-4）/2kg=1kg;a2=0kg;a3=2kg;a4=3kg ,包含因子 k=,因此在 10t 時(shí)各偏載的不確定度分別為;up1=a1/0.58kg;up2(可忽略)；up3=1.15kg;up4=1.73kg。

5.在最小稱(chēng)量測(cè)試時(shí)各偏載的不確定度 umin 中準(zhǔn)確度等級(jí)的最小稱(chēng)量為 20e,在 200kg 稱(chēng)量重復(fù)性測(cè)試時(shí)，分擔(dān)在每只傳感器上的質(zhì)量為 50kg，而偏載時(shí)用 10t 砝碼，最小稱(chēng)量分擔(dān)在每個(gè)傳感器上的質(zhì)量為偏載時(shí)的 0.5％，其相應(yīng)半寬分別為:amin1=0.5%a1=0.5％kg=0.005kg;amin2=0kg;amin3=0.011kg;amin4=0.015kg，并服從均勻分布，包含因子 k=。因此，在最小稱(chēng)量 400kg 時(shí)各偏載的不確定度分別為：umin1= amin1 0.0029kg (可略);umin2 (可忽略)；umin3=0.0063kg(可忽略)；umin6=0.0087kg(可忽略)。

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

6.在最大稱(chēng)量測(cè)試時(shí)各偏載的不確定度 umax 地磅在 30t 稱(chēng)量重復(fù)性測(cè)試時(shí)，分擔(dān)在每只傳感器上的質(zhì)量為 7.5t，而偏載時(shí)用 10t 砝碼，最大稱(chēng)量分擔(dān)在每個(gè)傳感器上的質(zhì)量為偏載時(shí)的 75％，其相應(yīng)半寬分別為：amin1=0.75a1=0.75kg=0.75kg; amin2=0kg;amin3=1.5kg;amin4=2.25kg，并服從均勻分布，包含因子 k=。因此，在最大稱(chēng)量 30t 時(shí)各偏載的不確定度分別:Umax1=0. 75kg=0.43kg;umax2(可忽略)；umin3=0.87kg；umin4=1.30kg。

總之，umax= umax1+ umax2+ umax3+ umax4=2.6kg。在日常檢定中，在小稱(chēng)量時(shí)偏載的影響小，可以忽略；在大稱(chēng)量時(shí)偏載影響較大。