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電子汽車(chē)衡檢定分度數的分析

一、概述
    經(jīng)常有客戶(hù)抱怨秤的零點(diǎn)漂移大、秤的滿(mǎn)程漂移大、示值不穩定等現象出現的較多。并且很多現象在更換一只或多只傳感器后正常,而換下來(lái)的傳感器在返回工廠(chǎng)后進(jìn)行各項指標的檢查,均未發(fā)現異常,針對這種現象,我們對照了有關(guān)的標準,進(jìn)行了理論計算及分析,從OIML R76的角度出發(fā),分析出現問(wèn)題的原因,以便衡器廠(chǎng)家作為參考。
    目前國內平臺秤或汽車(chē)衡所使用的傳感器一般都是C3級的傳感器,按照OIML R60國際建議的要求,C3級傳感器的最大檢定分度數nmax為3000,按照OIML R76國際建議4.4.4誤差分配原則,C3級傳感器用于制造檢定分度數不大于3000分度的Ⅲ級秤。我國JJG555-1996《非自動(dòng)秤通用檢定規程》等效采用了OIML R76國際建議,其中對傳感器進(jìn)行了以下規定:
    1.稱(chēng)重傳感器的最大秤量應符合下述要求:
    Emax>Q稭ax稲/N
    式中:Emax——稱(chēng)重傳感器的最大稱(chēng)量;
    N——傳感器個(gè)數;
    R——縮小比;考慮到對傳感器最嚴格的要求,取R=1;
    Q——修正系數。一般Q>1。
    2.稱(chēng)重傳感器的最大分度數
    傳感器的最大分度數nLC應不小于秤的檢定分度數n。
    nLC≥n
    稱(chēng)重傳感器的最小靜載荷輸出恢復值DR應滿(mǎn)足下述條件:
    DR≤0.5eR/N
    取R=1,則DR≤0.5e/N
    當DR未知時(shí),應滿(mǎn)足條件:nLC≥Max/e
    3.稱(chēng)重傳感器的最小檢定分度值
    Vmin≤e稲/
    取R=1,則Vmin≤e?
    在實(shí)際的使用中,很多廠(chǎng)家都忽視了nLC≥n,而這正是其中最主要的問(wèn)題,秤的檢定分度數超過(guò)了傳感器的最大檢定分度數,從根本上違背了秤用傳感器的計量學(xué)要求和計量中的誤差分配原則。從理論上來(lái)說(shuō)系統是不穩定的,實(shí)際上組成系統的各部件,如傳感器、顯示器也沒(méi)有實(shí)驗數據的支持。下面就實(shí)際使用中的一些典型事例進(jìn)行分析說(shuō)明。
二、應用實(shí)例
    根據目前市場(chǎng)衡器的使用情況,在多只傳感器進(jìn)行標秤時(shí),大多數廠(chǎng)家是將秤的檢定分度數設置在3000~6000,秤在使用過(guò)程中出現的質(zhì)量問(wèn)題比較少,秤的分度數設置的越大,出現問(wèn)題的頻次就越大,在汽車(chē)衡中出現故障的情況舉例如下:
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。安裝后出現零點(diǎn)漂移,顯示數字向一個(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n =15000,傳感器的最大分度數nLC=3000
    Vmin≤e?=1kg /= 0.5kg
    按Vmin為0.5kg計算,則對應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
    對于以上的秤體的組成,所有秤臺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)量都出現了不同的質(zhì)量問(wèn)題,零點(diǎn)漂移、滿(mǎn)量程漂移,示值不穩定等現象。產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因又是什么呢?
首先,衡器的分度數過(guò)高,超過(guò)了傳感器的最大檢定分度數,甚至已是傳感器分度數的2~5倍,按照JJG-555-1996中的規定nLC≥n,但這些秤臺均不能滿(mǎn)足這一條的要求。
    其次,是由于傳感器y值、z值不能滿(mǎn)足使用的要求,按照OIML R60的要求,C3級傳感器的y值應不小于7200,z值應不小于3000,假設ZTC指標按0.015%FS/10℃控制,則對應的y值僅能達到9300,而對于以上出現的問(wèn)題,y值大部分大于10000,對于這種使用情況,如果同一批的傳感器對零點(diǎn)溫度的影響比較一致,都朝同一方向變化,則會(huì )出現各傳感器零點(diǎn)漂移疊加的現象。偶爾出現的秤臺穩定的現象只能說(shuō)明此秤體選用的傳感器零點(diǎn)溫漂的方向不一致,存在互相抵消的現象,所以秤臺的零點(diǎn)穩定了,但這只是一種巧合。某些秤臺在進(jìn)行更換一只或多只傳感器后出現了穩定的現象,只是湊成這種偶然的巧合現象,有些秤臺可能更換1只傳感器就能滿(mǎn)足巧合現象,而有時(shí)則更換幾只傳感器后才能保證示值的穩定。以上的示例中,y值等于20000、15000的兩種現象就是典型的y值不能滿(mǎn)足要求所致。當然對于汽車(chē)衡所使用的傳感器,由于在傳感器制造過(guò)程中,所使用的應變計兩兩對稱(chēng),傳感器中零點(diǎn)自補償的比例較大,y值相對較大,對于零點(diǎn)滿(mǎn)足要求的也較多,但對于其它性能就不一定能保證。
    對于z值的要求,如果傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)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 )出現儀表滿(mǎn)程不穩、加載后不回零的現象。一種偶然的情況就是各傳感器的蠕變方向不同,存在相互抵消的現象,蠕變和回零顯示正常。但這是一種不穩定的狀態(tài),在不同的試驗條件下,很難獲得一致性的結果,或者說(shuō)外界因素的影響都會(huì )導致示值的不穩定及漂移現象。
    以上對傳感器y值、z值的分析沒(méi)有考慮溫度變化對儀表的影響,對于外界溫度有變化,明確的說(shuō),就是早晨和晚上、夏天和冬天對高分辨儀表的示值肯定會(huì )有影響,甚至連外界吹風(fēng)也會(huì )引起示值的變化。在現在市售的國產(chǎn)衡器儀表中,還未有通過(guò)OIML認證的高分辨儀表款式(Ⅲ級3000分度的儀表通過(guò)OIML認證的也不多見(jiàn)),實(shí)際上,國內還沒(méi)有形成支持高分辨秤用傳感器及儀表產(chǎn)品市場(chǎng)。
    對于由多只傳感器組成的秤,考慮到過(guò)載能力,一般秤的總量程僅為傳感器總量程的1/5~1/2,傳感器的最大檢定分度數實(shí)際上已經(jīng)按比例縮小了,對于單只傳感器組成的秤來(lái)說(shuō),秤的額定載荷僅是傳感器額定量程的一部分,比如說(shuō)1/2量程,已經(jīng)對傳感器提出了大于3000分度的要求,而各種信號噪聲相對不變,隨著(zhù)時(shí)間漂移,每個(gè)傳感器受外界影響的敏感度增加,傳感器受外界干擾信號、環(huán)境因素的影響則會(huì )更大。