本項(xiàng)目旨在利用現(xiàn)代的電子技術(shù)和傳感技術(shù)研究一種地磅的快速檢 定方法，以解決現(xiàn)實(shí)中砝碼檢定不能滿量程檢定、效率低下、費(fèi)用高的問題。

一、項(xiàng)目內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在利用現(xiàn)代的電子技術(shù)和傳感技術(shù) 研究一種地磅的快速檢定方法，以解決現(xiàn) 實(shí)中砝碼檢定不能滿量程檢定、效率低下、費(fèi)用 高的問題。

二、地磅檢定方法現(xiàn)狀及本檢定裝置的意義

本檢定裝置以下簡稱檢定儀。

國內(nèi)外技術(shù)水平現(xiàn)狀：當(dāng)前國內(nèi)外衡器檢定 所使用的方法均采用砝碼（比較先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)器為 檢衡車做標(biāo)準(zhǔn)器，此標(biāo)準(zhǔn)器在實(shí)際使用中存在 以下幾點(diǎn)不足：

1.現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到檢定規(guī)程的要求：依據(jù)現(xiàn) 行衡器檢定規(guī)程，檢定一臺衡器一般需要滿量程 一半的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，即檢定100噸地中衡需要砝碼 50噸，而各地縣級計(jì)量測試機(jī)構(gòu)所配備的砝碼一 般在5噸左右，不用替代法，只能檢定滿量程的 1/20,嚴(yán)重違反檢定規(guī)程；隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，80 噸、100噸大型衡器日益增多，此問題急需解決。

2.現(xiàn)行檢定方法效率低下：以現(xiàn)行方法檢定 大型衡器，即使在上述違反檢定規(guī)程的情況下， —天最多檢定兩臺大型衡器；隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā) 展，大型衡器用戶數(shù)量猛增，為此必須尋找一種 方法替代現(xiàn)行檢定手段。

3.檢定費(fèi)用高：現(xiàn)行檢定方法需人力搬倒或 需起重設(shè)備，大型衡器用戶在檢定時(shí)需投入大量 人力、物力和財(cái)力。

本檢定裝置的意義：可替代現(xiàn)行衡器檢定采 用的砝碼威檢衡車,解決現(xiàn)行檢定方法存在的 實(shí)際問題，開創(chuàng)衡器檢定新方法。

三、基本原理

以加力裝置對地磅快速檢定儀（以下 簡稱“檢定儀”傳感器和被檢定衡器傳感器同時(shí) 進(jìn)行串聯(lián)加壓，傳感器輸出信號分別進(jìn)入檢定儀 稱重顯示器和被檢定衡器稱重顯示器，比較檢定 儀和被檢定衡器示值以確定被檢定衡器之誤差。

四、檢定儀的結(jié)構(gòu)

具體結(jié)構(gòu)：以千斤頂加力方式為例。系統(tǒng)由 高精度稱重傳感器、高精度稱重顯示儀表、加力 支架反力架、加力裝置組成，如圖1所示。千 斤頂慢慢升起，通過反力支架產(chǎn)生力，此力又施加在檢定儀稱重傳感器和地磅傳感器上， 兩個(gè)系統(tǒng)的傳感器產(chǎn)生的信號分別進(jìn)入檢定儀顯 示儀表和地磅顯示儀表，比較地磅顯示儀表的示值與檢定儀顯示儀表的示值，其示 值的差值即為地磅的誤差。

五、檢定儀的適用范圍

本檢定儀適用于安裝有橋式傳感器的地磅，且該地磅的傳感器上方有開口，橋 式傳感器倒裝。

按照地磅傳感器的安裝方式，可分為 傳感器正放和反放。當(dāng)進(jìn)行稱重時(shí)秤體產(chǎn)生彎曲 變形，此變形對稱重結(jié)果會產(chǎn)生誤差。變形對兩 種電子汽車衡稱量結(jié)果產(chǎn)生不一樣，對反放的結(jié) 果影響為10-7數(shù)量級，對于衡器允許誤差為10-4 來說可以忽略不計(jì)璉論計(jì)算見《衡器》2004年 第三期《秤體彎曲變形對兩種不同結(jié)構(gòu)的電子汽 車衡的影響》-文；對正放產(chǎn)生的誤差，實(shí)驗(yàn)表 明可達(dá)到7x 10-5,對于衡器允許誤差為10-4來說 不可以忽略璉論計(jì)算見《衡器》2004年第三期 《秤體彎曲變形對兩種不同結(jié)構(gòu)的電子汽車衡的影 響》-文。

六、系統(tǒng)的研制及技術(shù)指標(biāo)：

目標(biāo)：檢定儀能達(dá)到能夠檢定丨丨丨級衡器的要求。

加力系統(tǒng)由4-8套相同加力裝置組成，單 個(gè)加力系統(tǒng)承受196kN的壓力。

稱重傳感器:非線性0.01%、蠕變0.02%、 滯后0.02%、重復(fù)性0.01%、溫度對靈敏度的影響

01%/10K、穩(wěn)定性 0.02%/ 年。

稱重顯示器：米用綜合誤差為0.001%的稱 重顯示器。

單個(gè)加壓系統(tǒng)需提供196kN壓力。

加壓方式：蝸輪蝸桿方式，速比為1 : 500 ; 或者采用千斤頂方式，千斤頂滿負(fù)荷為20噸。

反力架的設(shè)計(jì)：要求承受196kN拉力。

尺寸：長、寬400mm,高1100mm

材料：工程塑料或鋼材

標(biāo)準(zhǔn)傳感器的安裝水平度小于1 : 500。

確保所加壓力鉛直裝置：要求壓力方向與 鉛垂線夾角小于0.57度或更小：0.11度。

傳感器在安裝時(shí)，要保證受力點(diǎn)在中心 上下軸碗偏差不大于0.5mni

標(biāo)準(zhǔn)稱重顯示器內(nèi)部設(shè)置 力 質(zhì)量轉(zhuǎn)換功

能，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群秃０斡?jì)算當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/span>①。

為減小傳感器的蠕變誤差，在檢定時(shí)， 統(tǒng)一規(guī)定加壓時(shí)間為10± 5分鐘②，在標(biāo)定檢定 系統(tǒng)時(shí)也規(guī)定加壓時(shí)間為10分鐘，這樣由于蠕變 產(chǎn)生的相對誤差減小到± 5x 10-5。

為減小溫度對靈敏度的影響，標(biāo)準(zhǔn)裝置 在標(biāo)定時(shí)按溫度段進(jìn)行標(biāo)定，從-10°C至+30°C每 20°C為一段進(jìn)行標(biāo)定（以適應(yīng)于-10°C至+40°C的 使用環(huán)境。

七、檢定儀與砝碼的對比實(shí)驗(yàn)

(―原理：檢定儀通過質(zhì)量傳體系進(jìn)行標(biāo)定和 檢定后，用檢定儀和砝碼分別對同一檢定合格的 電子汽車衡進(jìn)行檢定，測出砝碼與該電子汽車衡的 示值差和檢定儀與電子汽車衡的示值差。

(二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、表2、表3所示

(三實(shí)驗(yàn)總結(jié)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的線性和重復(fù)性都比較理想。

砝碼和檢定儀之間的差值在各個(gè)秤量都接 近0.01%,很明顯存在系統(tǒng)誤差。

八、不確定度的驗(yàn)證以實(shí)驗(yàn)時(shí)用的設(shè)備進(jìn) 行計(jì)算

(―使用檢定儀檢定衡器的不確定度分析

1.測量方法：用檢定儀的量值作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行檢定。其示值誤差是被檢定衡器的示值與標(biāo)準(zhǔn) 值進(jìn)行比較，按公式進(jìn)行計(jì)算。

2.數(shù)學(xué)模型

地磅的示值誤差由下式得到：

E=I- m

式中：E—地磅的示值誤差，kg

I—地磅的顯示值某一檢定點(diǎn),kg

u c 檢定=uI}+ ? u2(n)

3.方差和靈敏度系數(shù) 依方程：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表以8噸為例如表4

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析與計(jì)算以8噸為例。

定為1千克(或者使用小砝碼通過閃變點(diǎn)確定示 值),所以其數(shù)字分辨力為1kg,設(shè)其服從均勻分 布，則

噸)=0.5/姨 2示值重復(fù)性引入的不確定度分量 由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：M(/2)=2.58kg 3零點(diǎn)誤差引入的不確定度分量：

由實(shí)驗(yàn)過程觀察可知道，零點(diǎn)在-3?+3千克 之間變化，設(shè)其符合正態(tài)分布，則零點(diǎn)引入的不 確定度分量為 1kg。

以上分量線性無關(guān)，則

U(If=U(I i)2+M(/2)2+M(/3)2

u(1)=姨0.28872+2.582+12

u(1)=2.8266kg

(2檢定儀引入的不確定度分量

a.標(biāo)定過程

1傳感器的引入誤差：

由實(shí)驗(yàn)記錄可知：本實(shí)驗(yàn)傳感器對實(shí)驗(yàn)結(jié)果 有影響的因素為：非線性、重復(fù)性、蠕變，故傳 感器的綜合誤差為0.01732%。

4只傳感器的綜合誤差為30x 103x 1.73 2x

10-4/姨4kg,設(shè)誤差服從正態(tài)分布，則相應(yīng)不確 定度分量為：u(1)=0.866kg。

2稱重顯示器引入的誤差：

示值誤差：因?yàn)榫C合誤差為1x 10-4,所以示 值誤差為：30x 103x 1x 10-4kg,設(shè)誤差服從為正 態(tài)分布，則相應(yīng)不確定度分量為：u(31)=1kg。

數(shù)字示值分辨力：因?yàn)榉侄戎禐?/span>1kg,設(shè)誤差 服從為均勻分布，則相應(yīng)不確定度分量為：u(32)=

|kg。

姨

零點(diǎn)誤差：因?yàn)榉侄戎禐?/span>10kg,但是現(xiàn)在設(shè) 為1千克，造成零點(diǎn)波動，波動范圍在-2?+2千

克之間，所以零點(diǎn)誤差為：2kg,設(shè)誤差服從均勻分布，則相應(yīng)不確定度分量：u(33)=—2一kg。

3砝碼：8噸M1級砝碼的不確定度為：u (61)=0.1414kg,設(shè)該誤差服從正態(tài)分布，則標(biāo)準(zhǔn)不 確定度為 u(61)=0.0471kg。

4臺面及連接件：因a.不知道這方面有多大 影響，b.臺面強(qiáng)度和剛度足夠高，且標(biāo)定時(shí)砝碼放 在四角，估計(jì)這方面產(chǎn)生的誤差不大，所以暫時(shí) 不考慮。

b.使用過程反力架引入的誤差：

壓力偏離重力方向產(chǎn)生的誤差：因?yàn)閱蝹€(gè)反力 架偏軸產(chǎn)生的相對誤差為1.6x 10-5,所以四只產(chǎn)生

的誤差為：8x 103x 16x 10-5 =0.0640kg,設(shè)此誤差

為均勻分布，不確定度分量均為：u(211)=0.0370kg。

偏心誤差：因?yàn)閱蝹€(gè)反力架偏心產(chǎn)生的相對 誤差為5 x 10-5,所以四只產(chǎn)生的誤差為：

8X 103x 5X 10-5 =0.20 00kg,設(shè)此誤差分布為均勻

姨

分布，則相應(yīng)不確定度分量均為：u (22)=

10x 103x 5X 10-5 =0.1155kg。

姨3 x姨6

所以檢定儀引入的不確定度分量為：

uc=/u2+u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 c V 1 31 32 33 61 211 22

uc=a/0.86 62+12+(~貢)+(~^~)+(0.0471)+0.03702+0.11552

V V3 V

=1.7843kg

合成不確定度： uc=3.3050kg

擴(kuò)展不確定度(k=2)

U95=2x 3.3051=6.6102kg 二使用砝碼檢定衡器的不確定度分析

同理計(jì)算，可得?=1.9110kg, U95=1.911 x 2 3.8220kg

不確定度驗(yàn)證部分

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：|Y2-Y1|=0.083kg

姨 u 2+u 1 =姨6.6 1 02+3.8222 =7.63 54kg

秤量的不確定度可以滿足檢定III級的要求。

同理可驗(yàn)證其他秤量，如表5所示：（k=2) 所以在所有的秤量上，檢定儀的不確定度均 能夠滿足檢定III級衡器的要求。

九、結(jié)論

由理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，本檢定裝置能 夠滿足III級衡器檢定規(guī)程對標(biāo)準(zhǔn)器的誤差要求。

十、產(chǎn)品應(yīng)用前景及效益 ㈠社會效益：

解決大型衡器檢定中的砝碼不足的問題。

可提高工作效率：與砝碼檢定相比，可提 高2.5倍。

3.開創(chuàng)衡器檢定新方法。

(二經(jīng)濟(jì)效益分析：設(shè)備量程100噸，使用 壽命為10年計(jì)算；區(qū)域內(nèi)有衡器100臺，檢定周 期為㈠年，衡器最大量程150噸，平均量程為60 噸，以檢定區(qū)域半徑25公里計(jì)算。比較列表6所 示：單位萬元。

由表6計(jì)算可知：使用檢定儀的費(fèi)用最低， 為76萬元，其次為砝碼，為139.25萬元，使用衡車費(fèi)用最高，為141.75萬元。使用檢定儀和砝 碼比較，使用檢定儀10年可以為國家節(jié)約63.25 萬元費(fèi)用，與檢衡車相比，可以節(jié)約65.75萬元。 如果按全國有2000個(gè)檢定機(jī)構(gòu)計(jì)算，10年可為國 家至少節(jié)約費(fèi)用12.65億元。