探討電子汽車衡非鑄鐵砝碼檢定方法（采用電磁力）

利用現(xiàn)代的電子技術(shù)和傳感技術(shù)研究一種電子汽車衡的快速檢定方法，以解決現(xiàn)實中砝碼檢定不能滿量程檢定、效率低下以及費用高的問題。

1 衡器檢定方法現(xiàn)狀及本檢定裝置的意義

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*的標(biāo)準(zhǔn)器為檢衡車) 做標(biāo)準(zhǔn)器，此標(biāo)準(zhǔn)器在實際使用中存在幾點不足。

1.1 現(xiàn)實中很難達到檢定規(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 100t 地中衡需要砝碼 50t，而各地縣級計量測試機構(gòu)所配備的砝碼一般在 5t 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)濟的發(fā)展，80t、100t 大型衡器日益增多，此問題急需解決。

1.2 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，一天zui多檢定兩臺大型衡器。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，大型衡器用戶猛增，為此必須尋找一種替代現(xiàn)行檢定手段。

1.3 檢定費用高

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需投入大量人力、物力和才力。

1.4 本檢定裝置的意義

可替代現(xiàn)行衡器檢定采用的砝碼 (或檢衡車)，解決現(xiàn)行檢定方法存在的實際問題，開創(chuàng)衡器檢定新方法。

2 基本原理

以加力裝置對電子汽車衡檢定儀 (以下簡稱檢定儀) 傳感器和被檢定衡器傳感器同時進行串聯(lián)加力，傳感器輸出信號分別進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的誤差。

3 檢定儀的結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)適用于電子汽車衡臺面為非鐵磁性物質(zhì)制造的電子汽車衡，電子汽車衡非砝碼檢定原理如圖 1 所示。

具體結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)由高精度拉式稱重傳感器、高精度稱重顯示儀表、阻力梁、力架、電磁鐵、穩(wěn)流電源組成。改變穩(wěn)流電源的電流大小以改變磁力大小，電磁鐵產(chǎn)生的力同時加在了標(biāo)準(zhǔn)傳感器和電子汽車衡傳感器上，兩個系統(tǒng)的傳感器產(chǎn)生的信號分別進入檢定儀顯示儀表和電子汽車衡顯示儀表，比較電子汽車衡顯示儀表的示值與檢定儀顯示儀表的示值，其示值的差值即為電子汽車衡的誤差。

滾動車可以在臺面上自由移動，當(dāng)上、下電磁鐵不正對時，上電磁鐵受到水平分力，在此分力的作用下，滾動車自動移動直至不存在水平分力。標(biāo)準(zhǔn)傳感器與力架采取萬向軸連接，以便消除標(biāo)準(zhǔn)傳感器受到的水平分力和力距作用。

導(dǎo)磁材料用于使上下兩個電磁鐵產(chǎn)生的磁場磁力線構(gòu)成磁力線回路使磁力線不泄露，以降低稱重傳感器的輸出信號受磁場的干擾程度。導(dǎo)磁材料采取柔性連接，防止?jié)L動車自由活動受到限制。

標(biāo)準(zhǔn)傳感器使用磁場屏蔽材料予以屏蔽，以減少稱重傳感器的輸出信號受磁場的干擾。滾動車下面墊板，使板的坡度小于 1/500，以便于滾動車可以自由移動。

4 系統(tǒng)的研制及技術(shù)指標(biāo)

目標(biāo)：檢定儀達到能夠檢定ⅲ級衡器的要求。

(1) 加力系統(tǒng)由 4- 8 套相同加力裝置組成，單個加力系統(tǒng)承受 196kn的力。

(2) 稱重傳感器：非線性 0.01%、蠕變 0.01%、滯后 0.01%、重復(fù)性 0.01%、溫度對靈敏度的影響0.01%/10k、穩(wěn)定性 0.01%/ 年。量程為 20t 的數(shù)字傳感器。采用數(shù)字儀表，通過修正使每個傳感器的線性達到 0.002%，滯后 0.002%。

(3) 單個加力系統(tǒng)需提供 196kn壓力。

(4) 力架的設(shè)計：要求承受 196kn壓力。

(5) 阻力梁：能承受足夠的拉力和彎矩。

(6) 確保所加壓力鉛直的設(shè)計：下電磁鐵的軸心與鉛垂線夾角小于 0.2 度。

(7) 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斡嬎惝?dāng)?shù)刂亓铀俣?/span>[1]。

(8) 為減小傳感器、力架的蠕變誤差，在檢定時，統(tǒng)一規(guī)定加壓時間為 10 分鐘[2]，在標(biāo)定檢定系統(tǒng)時也規(guī)定加壓時間為 10 分鐘，這樣由于蠕變產(chǎn)生的相對誤差減小到±5×10- 5。

(9) 為減小溫度對靈敏度的影響，標(biāo)準(zhǔn)裝置在標(biāo)定時按溫度段進行標(biāo)定，從 - 10℃至 +30℃每0℃為一段進行標(biāo)定 (以適應(yīng)于 - 10℃至 +40℃的使用環(huán)境)。對每個傳感器的溫度特性進行檢驗，繪制溫度特性曲線以便對傳感器進行溫度修正，采用數(shù)字儀表使傳感器的溫度對靈敏度的影響減小到 0.002%/10k。

(10) 穩(wěn)流電源：精度十萬分之一。

5 不確定度分析

以 30 噸秤，稱量在 8 噸時為例計算。

5.1 使用檢定儀檢定衡器的不確定度分析

5.1.1 測量方法

用檢定儀的量值作為標(biāo)準(zhǔn)值進行檢定。其示值誤差是被檢定衡器的示值與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，按公式進行計算。

5.1.2 數(shù)學(xué)模型

電子汽車衡的示值誤差

5.1.3 方差和靈敏度系數(shù)

依方程

5.1.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表 (以 8 噸為例)如表 1。

5.1.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析與計算 (以 8噸為例)

5.1.5.1 電子汽車衡示值引入的不確定度分量u(i)

(1) 電子汽車衡是數(shù)顯重量，因?qū)⑵浞侄戎翟O(shè)定為 1 千克(或者使用小砝碼通過閃變點確定示值)，所以其數(shù)字分辨力為 1kg，設(shè)其服從均勻分布，則

2) 示值重復(fù)性引入的不確定度分量由實驗可知：u(i2)=2.58kg

(3) 零點誤差引入的不確定度分量

設(shè)零點在 – 3—+3 千克之間變化，設(shè)其符合正態(tài)分布，則零點引入的不確定度分量為 1kg。

以上分量線性無關(guān)，則

5.1.5.2 檢定儀引入的不確定度分量

(1) 傳感器的引入的誤差

按照設(shè)計方案，單個傳感器的綜合誤差為0.0134% ， 6 只傳感器的綜合誤差為 20 ×103×1.34× ，設(shè)誤差服從正態(tài)分布，則相應(yīng)不確定度分量為：u(1)=0.36kg。

(2) 稱重顯示器引入的誤差

數(shù)字示值分辨力：因為分度值為 1kg，設(shè)誤差服從均勻分布，則相應(yīng)不確定度分量為 u(32)=

(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)=0.047kg。

所以檢定儀引入的不確定度分量為

5.1.6 合成不確定度

uc=2.82kg

5.1.7 擴展不確定度(k=3)

 u95=3×2.82=8.46kg

6 結(jié)論

本電子汽車衡的總不確定度為 8.46kg，其在使用中的zui大允許誤差值為 30kg，6.40kg＜ (1/3×30) kg，符合檢定系統(tǒng)要求。

7 效率分析

以檢定 60 噸衡器，檢定機構(gòu)距衡器安裝地點10 公里為例進行計算如表 2。

由計算可知：檢定儀用時 2.67 小時，砝碼用時 13.8 小時，檢衡車用時 7.3 小時;相對砝碼，使用檢定儀可提率 4 倍，相對檢衡車，可提率 1.7 倍。

8 待討論的問題

本檢定系統(tǒng)是否適用于鐵磁性材料制造的衡器?因為本系統(tǒng)上下電磁鐵采用了導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)，其磁力線絕大部分集中在上下兩個電磁鐵之間的空間，剩余部分磁力線大部分也穿過了秤體 (因為上電磁鐵離秤面很接近)，故所有磁力線幾乎全部穿過秤體。所以秤體受上下兩個磁鐵的力相互抵消，秤體不受磁場力的作用，所以本系統(tǒng)應(yīng)該可以適用于鐵磁性材料制造的電子汽車衡。