李鴻博 王銘澤

一、概述

目前國(guó)內(nèi)平臺(tái)秤或汽車(chē)衡所使用的傳感器一般都是C3級(jí)的傳感器,按照OIML R60國(guó)際建議的要求,C3級(jí)傳感器的最大檢定分度數(shù)nmax為3000,按照OIML R76國(guó)際建議4.4.4誤差分配原則,C3級(jí)傳感器用于制造檢定分度數(shù)不大于3000分度的Ⅲ級(jí)秤。我國(guó)JJG555-1996《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》等效采用了OIML R76國(guó)際建議,其中對(duì)傳感器進(jìn)行了以下規(guī)定:

1.稱(chēng)重傳感器的最大秤量應(yīng)符合下述要求:

Emax>Q·Max·R/N

式中:Emax——稱(chēng)重傳感器的最大稱(chēng)量;

N——傳感器個(gè)數(shù);

R——縮小比;考慮到對(duì)傳感器最嚴(yán)格的要求,取R=1;

Q——修正系數(shù)。一般Q>1。

2.稱(chēng)重傳感器的最大分度數(shù)

傳感器的最大分度數(shù)nLC應(yīng)不小于秤的檢定分度數(shù)n。

nLC≥n

稱(chēng)重傳感器的最小靜載荷輸出恢復(fù)值DR應(yīng)滿足下述條件:

DR≤0.5eR/N

取R=1,則DR≤0.5e/N

當(dāng)DR未知時(shí),應(yīng)滿足條件:nLC≥Max/e

3.稱(chēng)重傳感器的最小檢定分度值

Vmin≤e·R/N

取R=1,則Vmin≤e·/N

在實(shí)際的使用中,很多廠家都忽視了nLC≥n,而這正是其中最主要的問(wèn)題,秤的檢定分度數(shù)超過(guò)了傳感器的最大檢定分度數(shù),從根本上違背了秤用傳感器的計(jì)量學(xué)要求和計(jì)量中的誤差分配原則。從理論上來(lái)說(shuō)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,實(shí)際上組成系統(tǒng)的各部件,如傳感器、顯示器也沒(méi)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持。

二、應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)目前市場(chǎng)衡器的使用情況,在多只傳感器進(jìn)行標(biāo)秤時(shí),大多數(shù)廠家是將秤的檢定分度數(shù)設(shè)置在3 000～6 000,秤在使用過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題比較少,秤的分度數(shù)設(shè)置的越大,出現(xiàn)問(wèn)題的頻次就越大,在汽車(chē)衡中出現(xiàn)故障的情況舉例如下:

①最大稱(chēng)量為15t的衡器,最小分度值1kg,使用4只10t的傳感器。安裝后出現(xiàn)零點(diǎn)漂移,顯示數(shù)字向一個(gè)方向遞增,后來(lái)?yè)Q掉2只傳感器,解決了問(wèn)題。

該秤的檢定分度數(shù)n =15 000,傳感器的最大分度數(shù)nLC=3 000

Vmin≤e·/N=1kg /4= 0.5kg

按Vmin為0.5kg計(jì)算,則對(duì)應(yīng)y=Emax/ Vmin =20 000

DR≤0.5e/N=0.5×1kg /4 = 0.125kg

Z = Emax/2DR = 10 000/0.25

= 40 000

②最大稱(chēng)量為60t的衡器,最小分度值5kg,使用6只30t的傳感器。裝秤后儀表零點(diǎn)不穩(wěn),表現(xiàn)為無(wú)規(guī)律的數(shù)字跳變,拆除1只傳感器后仍不正常,后來(lái)將6只傳感器全部更換后正常。

該秤的檢定分度數(shù)n = 12 000,傳感器的最大分度數(shù)nLC=3 000

Vmin≤e·/N=5kg /6= 2.041kg

按Vmin為2kg計(jì)算,則對(duì)應(yīng)y=Emax/ Vmin=15 000

DR≤0.5e/N=0.5×5kg /6 = 0.4167kg

Z = Emax/2DR = 30 000/0.8333 = 36 000

③最大稱(chēng)量為80t的衡器,最小分度值10kg,使用8只40t的傳感器。開(kāi)機(jī)儀表顯示沒(méi)有規(guī)律的向負(fù)方向跳數(shù),示值一直變小,更換4只傳感器后正常。

該秤的檢定分度數(shù)n = 8000,傳感器的最大分度數(shù)nLC=3 000

Vmin≤e·/N=10kg /8= 3.5355kg

按Vmin為3.5kg計(jì)算,則對(duì)應(yīng)y=Emax/ Vmin=11 428

DR≤0.5e/N=0.5×10kg /8 = 0.625kg

Z = Emax/2DR = 30 000/1.25

= 24 000

④最大稱(chēng)量為120t的衡器,最小分度值20kg,使用10只40t的傳感器。秤體在進(jìn)行60t標(biāo)定后不回零,更換2只傳感器后正常。

該秤的檢定分度數(shù)n = 6 000,傳感器的最大分度數(shù)nLC=3 000

Vmin≤e·/N=20kg /10= 6.325kg

按Vmin為6kg計(jì)算,則對(duì)應(yīng)y=Emax/ Vmin =6 667

DR≤0.5e/N=0.5×20kg /10 = 1kg

Z = Emax/2DR = 40 000/2 = 20 000

三、原因分析

對(duì)于以上的秤體的組成,所有秤臺(tái)的最小檢定分度值都已超過(guò)了3000分度,而這些衡器的質(zhì)量都出現(xiàn)了不同的質(zhì)量問(wèn)題,零點(diǎn)漂移、滿量程漂移,示值不穩(wěn)定等現(xiàn)象。產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因又是什么呢?

首先,衡器的分度數(shù)過(guò)高,超過(guò)了傳感器的最大檢定分度數(shù),甚至已是傳感器分度數(shù)的2～5倍,按照J(rèn)JG-555-1996中的規(guī)定nLC≥n,但這些秤臺(tái)均不能滿足這一條的要求。

其次,是由于傳感器y值、z值不能滿足使用的要求,按照OIML R60的要求,C3級(jí)傳感器的y值應(yīng)不小于7 200,z值應(yīng)不小于3 000,假設(shè)ZTC指標(biāo)按0.015%FS/10℃控制,則對(duì)應(yīng)的y值僅能達(dá)到9 300,而對(duì)于以上出現(xiàn)的問(wèn)題,y值大部分大于10 000,對(duì)于這種使用情況,如果同一批的傳感器對(duì)零點(diǎn)溫度的影響比較一致,都朝同一方向變化,則會(huì)出現(xiàn)各傳感器零點(diǎn)漂移疊加的現(xiàn)象。偶爾出現(xiàn)的秤臺(tái)穩(wěn)定的現(xiàn)象只能說(shuō)明此秤體選用的傳感器零點(diǎn)溫漂的方向不一致,存在互相抵消的現(xiàn)象,所以秤臺(tái)的零點(diǎn)穩(wěn)定了,但這只是一種巧合。以上的示例中,y值等于20 000、15 000的兩種現(xiàn)象就是典型的y值不能滿足要求所致。當(dāng)然對(duì)于汽車(chē)衡所使用的傳感器,由于在傳感器制造過(guò)程中,所使用的應(yīng)變計(jì)兩兩對(duì)稱(chēng),傳感器中零點(diǎn)自補(bǔ)償?shù)谋壤^大,y值相對(duì)較大,對(duì)于零點(diǎn)滿足要求的也較多,但對(duì)于其他性能就不一定能保證。

對(duì)于z值的要求,如果傳感器生產(chǎn)廠家的工藝控制中,傳感器的蠕變一致性較好,則組秤后各傳感器的蠕變也會(huì)是一個(gè)疊加的過(guò)程,會(huì)出現(xiàn)儀表滿程不穩(wěn)、加載后不回零的現(xiàn)象。一種偶然的情況就是各傳感器的蠕變方向不同,存在相互抵消的現(xiàn)象,蠕變和回零顯示正常。但這是一種不穩(wěn)定的狀態(tài),在不同的試驗(yàn)條件下,很難獲得一致性的結(jié)果,或者說(shuō)外界因素的影響都會(huì)導(dǎo)致示值的不穩(wěn)定及漂移現(xiàn)象。(編輯/梁永安)