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电子汽车衡、衡器等检定分度数的分析
发布时间:15/07/15
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一、概述

    目前国内平台秤或汽车衡所使用的传感器一般都是C3级的传感器,按照OIML R60国际建议的要求,C3级传感器的最大检定分度数nmax为3000,按照OIML R76国际建议4.4.4误差分配原则,C3级传感器用于制造检定分度数不大于3000分度的Ⅲ级秤。我国JJG555-1996《非自动秤通用检定规程》等效采用了OIML R76国际建议,其中对传感器进行了以下规定:
    1.称重传感器的最大秤量应符合下述要求:
    Emax>Q稭ax稲/N
    式中:Emax——称重传感器的最大称量;
    N——传感器个数;
    R——缩小比;考虑到对传感器最严格的要求,取R=1;
    Q——修正系数。一般Q>1。
    2.称重传感器的最大分度数
    传感器的最大分度数nLC应不小于秤的检定分度数n。
    nLC≥n
    称重传感器的最小静载荷输出恢复值DR应满足下述条件:
    DR≤0.5eR/N
    取R=1,则DR≤0.5e/N
    当DR未知时,应满足条件:nLC≥Max/e
    3.称重传感器的最小检定分度值
    Vmin≤e稲/
    取R=1,则Vmin≤e?
    在实际的使用中,很多厂家都忽视了nLC≥n,而这正是其中最主要的问题,秤的检定分度数超过了传感器的最大检定分度数,从根本上违背了秤用传感器的计量学要求和计量中的误差分配原则。从理论上来说系统是不稳定的,实际上组成系统的各部件,如传感器、显示器也没有实验数据的支持。下面就实际使用中的一些典型事例进行分析说明。
二、应用实例
    根据目前市场衡器的使用情况,在多只传感器进行标秤时,大多数厂家是将秤的检定分度数设置在3000~6000,秤在使用过程中出现的质量问题比较少,秤的分度数设置的越大,出现问题的频次就越大,在汽车衡中出现故障的情况举例如下:
最大称量为15t的衡器,最小分度值1kg,使用4只10t的传感器。安装后出现零点漂移,显示数字向一个方向递增,后来换掉2只传感器,解决了问题。
    该秤的检定分度数n =15000,传感器的最大分度数nLC=3000
    Vmin≤e?=1kg /= 0.5kg
    按Vmin为0.5kg计算,则对应y=Emax/ Vmin =20000
    DR≤0.5e/N=0.5?kg /4 = 0.125kg
    Z = Emax/2DR = 10000/0.25 = 40000
三、原因分析
    对于以上的秤体的组成,所有秤台的最小检定分度值都已超过了3000分度,而这些衡器的质量都出现了不同的质量问题,零点漂移、满量程漂移,示值不稳定等现象。产生这些问题的原因又是什么呢?
首先,衡器的分度数过高,超过了传感器的最大检定分度数,甚至已是传感器分度数的2~5倍,按照JJG-555-1996中的规定nLC≥n,但这些秤台均不能满足这一条的要求。
    其次,是由于传感器y值、z值不能满足使用的要求,按照OIML R60的要求,C3级传感器的y值应不小于7200,z值应不小于3000,假设ZTC指标按0.015%FS/10℃控制,则对应的y值仅能达到 9300,而对于以上出现的问题,y值大部分大于10000,对于这种使用情况,如果同一批的传感器对零点温度的影响比较一致,都朝同一方向变化,则会出现各传感器零点漂移叠加的现象。偶尔出现的秤台稳定的现象只能说明此秤体选用的传感器零点温漂的方向不一致,存在互相抵消的现象,所以秤台的零点稳定了,但这只是一种巧合。某些秤台在进行更换一只或多只传感器后出现了稳定的现象,只是凑成这种偶然的巧合现象,有些秤台可能更换1只传感器就能满足巧合现象,而有时则更换几只传感器后才能保证示值的稳定。以上的示例中,y值等于20000、15000的两种现象就是典型的y值不能满足要求所致。当然对于汽车衡所使用的传感器,由于在传感器制造过程中,所使用的应变计两两对称,传感器中零点自补偿的比例较大,y值相对较大,对于零点满足要求的也较多,但对于其它性能就不一定能保证。
    对于z值的要求,如果传感器生产厂家的工艺控制中,传感器的蠕变一致性较好,则组秤后各传感器的蠕变也会是一个叠加的过程,会出现仪表满程不稳、加载后不回零的现象。一种偶然的情况就是各传感器的蠕变方向不同,存在相互抵消的现象,蠕变和回零显示正常。但这是一种不稳定的状态,在不同的试验条件下,很难获得一致性的结果,或者说外界因素的影响都会导致示值的不稳定及漂移现象。
    以上对传感器y值、z值的分析没有考虑温度变化对仪表的影响,对于外界温度有变化,明确的说,就是早晨和晚上、夏天和冬天对高分辨仪表的示值肯定会有影响,甚至连外界吹风也会引起示值的变化。在现在市售的国产衡器仪表中,还未有通过OIML认证的高分辨仪表款式(Ⅲ级3000分度的仪表通过OIML认证的也不多见),实际上,国内还没有形成支持高分辨秤用传感器及仪表产品市场。
    对于由多只传感器组成的秤,考虑到过载能力,一般秤的总量程仅为传感器总量程的1/5~1/2,传感器的最大检定分度数实际上已经按比例缩小了,对于单只传感器组成的秤来说,秤的额定载荷仅是传感器额定量程的一部分,比如说1/2量程,已经对传感器提出了大于3000分度的要求,而各种信号噪声相对不变,随着时间漂移,每个传感器受外界影响的敏感度增加,传感器受外界干扰信号、环境因素的影响则会更大。