電子汽車衡、衡器等檢定分度數(shù)的分析
發(fā)布者：力固衡器科技 發(fā)布時間：2013-12-20 10:15:31
一、概述
經(jīng)常有客戶抱怨秤的零點漂移大、秤的滿程漂移大、示值不穩(wěn)定等現(xiàn)象出現(xiàn)的較多。并且很多現(xiàn)象在更換一只或多只傳感器后正常，而換下來的傳感器在返回工廠后進行各項指標的檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，針對這種現(xiàn)象，我們對照了有關(guān)的標準，進行了理論計算及分析，從OIML R76的角度出發(fā)，分析出現(xiàn)問題的原因，以便衡器廠家作為參考。
目前國內(nèi)平臺秤或汽車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(shù)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(shù)不大于3000分度的Ⅲ級秤。我國JJG555-1996《非自動秤通用檢定規(guī)程》等效采用了OIML R76國際建議，其中對傳感器進行了以下規(guī)定：
1．稱重傳感器的最大秤量應(yīng)符合下述要求：
Emax＞Q稭ax稲/N
式中：Emax——稱重傳感器的最大稱量；
N——傳感器個數(shù)；
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(shù)。一般Q＞1。
2．稱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DR未知時，應(yīng)滿足條件：nLC≥Max/e
3．稱重傳感器的最小檢定分度值
Vmin≤e稲/
取R=1，則Vmin≤e?
在實際的使用中，很多廠家都忽視了nLC≥n，而這正是其中最主要的問題，秤的檢定分度數(shù)超過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量學要求和計量中的誤差分配原則。從理論上來說系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，實際上組成系統(tǒng)的各部件，如傳感器、顯示器也沒有實驗數(shù)據(jù)的支持。下面就實際使用中的一些典型事例進行分析說明。
二、應(yīng)用實例
根據(jù)目前市場衡器的使用情況，在多只傳感器進行標秤時，大多數(shù)廠家是將秤的檢定分度數(shù)設(shè)置在3000～6000，秤在使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題比較少，秤的分度數(shù)設(shè)置的越大，出現(xiàn)問題的頻次就越大，在汽車衡中出現(xiàn)故障的情況舉例如下：
最大稱量為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)零點漂移，顯示數(shù)字向一個方向遞增，后來換掉2只傳感器，解決了問題。
該秤的檢定分度數(shù)n =15000，傳感器的最大分度數(shù)nLC＝3000
Vmin≤e?＝1kg /= 0.5kg
按Vmin為0.5kg計算，則對應(yīng)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)量問題，零點漂移、滿量程漂移，示值不穩(wěn)定等現(xiàn)象。產(chǎn)生這些問題的原因又是什么呢？
首先，衡器的分度數(shù)過高，超過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JJG-555-1996中的規(guī)定nLC≥n，但這些秤臺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級傳感器的y值應(yīng)不小于7200，z值應(yīng)不小于3000，假設(shè)ZTC指標按0.015%FS/10℃控制，則對應(yīng)的y值僅能達到 9300，而對于以上出現(xiàn)的問題，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溫度的影響比較一致，都朝同一方向變化，則會出現(xiàn)各傳感器零點漂移疊加的現(xiàn)象。偶爾出現(xiàn)的秤臺穩(wěn)定的現(xiàn)象只能說明此秤體選用的傳感器零點溫漂的方向不一致，存在互相抵消的現(xiàn)象，所以秤臺的零點穩(wěn)定了，但這只是一種巧合。某些秤臺在進行更換一只或多只傳感器后出現(xiàn)了穩(wěn)定的現(xiàn)象，只是湊成這種偶然的巧合現(xiàn)象，有些秤臺可能更換1只傳感器就能滿足巧合現(xiàn)象，而有時則更換幾只傳感器后才能保證示值的穩(wěn)定。以上的示例中，y值等于20000、15000的兩種現(xiàn)象就是典型的y值不能滿足要求所致。當然對于汽車衡所使用的傳感器，由于在傳感器制造過程中，所使用的應(yīng)變計兩兩對稱，傳感器中零點自補償?shù)谋壤^大，y值相對較大，對于零點滿足要求的也較多，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是一個疊加的過程，會出現(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)，在不同的試驗條件下，很難獲得一致性的結(jié)果，或者說外界因素的影響都會導(dǎo)致示值的不穩(wěn)定及漂移現(xiàn)象。
以上對傳感器y值、z值的分析沒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，就是早晨和晚上、夏天和冬天對高分辨儀表的示值肯定會有影響，甚至連外界吹風也會引起示值的變化。在現(xiàn)在市售的國產(chǎn)衡器儀表中，還未有通過OIML認證的高分辨儀表款式（Ⅲ級3000分度的儀表通過OIML認證的也不多見），實際上，國內(nèi)還沒有形成支持高分辨秤用傳感器及儀表產(chǎn)品市場。
對于由多只傳感器組成的秤，考慮到過載能力，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(shù)實際上已經(jīng)按比例縮小了，對于單只傳感器組成的秤來說，秤的額定載荷僅是傳感器額定量程的一部分，比如說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，隨著時間漂移，每個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)境因素的影響則會更大。
經(jīng)常有客戶抱怨秤的零點漂移大、秤的滿程漂移大、示值不穩(wěn)定等現(xiàn)象出現(xiàn)的較多。并且很多現(xiàn)象在更換一只或多只傳感器后正常，而換下來的傳感器在返回工廠后進行各項指標的檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，針對這種現(xiàn)象，我們對照了有關(guān)的標準，進行了理論計算及分析，從OIML R76的角度出發(fā)，分析出現(xiàn)問題的原因，以便衡器廠家作為參考。
目前國內(nèi)平臺秤或汽車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(shù)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(shù)不大于3000分度的Ⅲ級秤。我國JJG555-1996《非自動秤通用檢定規(guī)程》等效采用了OIML R76國際建議，其中對傳感器進行了以下規(guī)定：
1．稱重傳感器的最大秤量應(yīng)符合下述要求：
Emax＞Q稭ax稲/N
式中：Emax——稱重傳感器的最大稱量；
N——傳感器個數(shù)；
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(shù)。一般Q＞1。
2．稱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DR未知時，應(yīng)滿足條件：nLC≥Max/e
3．稱重傳感器的最小檢定分度值
Vmin≤e稲/
取R=1，則Vmin≤e?
在實際的使用中，很多廠家都忽視了nLC≥n，而這正是其中最主要的問題，秤的檢定分度數(shù)超過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量學要求和計量中的誤差分配原則。從理論上來說系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，實際上組成系統(tǒng)的各部件，如傳感器、顯示器也沒有實驗數(shù)據(jù)的支持。下面就實際使用中的一些典型事例進行分析說明。
二、應(yīng)用實例
根據(jù)目前市場衡器的使用情況，在多只傳感器進行標秤時，大多數(shù)廠家是將秤的檢定分度數(shù)設(shè)置在3000～6000，秤在使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題比較少，秤的分度數(shù)設(shè)置的越大，出現(xiàn)問題的頻次就越大，在汽車衡中出現(xiàn)故障的情況舉例如下：
最大稱量為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)零點漂移，顯示數(shù)字向一個方向遞增，后來換掉2只傳感器，解決了問題。
該秤的檢定分度數(shù)n =15000，傳感器的最大分度數(shù)nLC＝3000
Vmin≤e?＝1kg /= 0.5kg
按Vmin為0.5kg計算，則對應(yīng)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)量問題，零點漂移、滿量程漂移，示值不穩(wěn)定等現(xiàn)象。產(chǎn)生這些問題的原因又是什么呢？
首先，衡器的分度數(shù)過高，超過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JJG-555-1996中的規(guī)定nLC≥n，但這些秤臺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級傳感器的y值應(yīng)不小于7200，z值應(yīng)不小于3000，假設(shè)ZTC指標按0.015%FS/10℃控制，則對應(yīng)的y值僅能達到 9300，而對于以上出現(xiàn)的問題，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溫度的影響比較一致，都朝同一方向變化，則會出現(xiàn)各傳感器零點漂移疊加的現(xiàn)象。偶爾出現(xiàn)的秤臺穩(wěn)定的現(xiàn)象只能說明此秤體選用的傳感器零點溫漂的方向不一致，存在互相抵消的現(xiàn)象，所以秤臺的零點穩(wěn)定了，但這只是一種巧合。某些秤臺在進行更換一只或多只傳感器后出現(xiàn)了穩(wěn)定的現(xiàn)象，只是湊成這種偶然的巧合現(xiàn)象，有些秤臺可能更換1只傳感器就能滿足巧合現(xiàn)象，而有時則更換幾只傳感器后才能保證示值的穩(wěn)定。以上的示例中，y值等于20000、15000的兩種現(xiàn)象就是典型的y值不能滿足要求所致。當然對于汽車衡所使用的傳感器，由于在傳感器制造過程中，所使用的應(yīng)變計兩兩對稱，傳感器中零點自補償?shù)谋壤^大，y值相對較大，對于零點滿足要求的也較多，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是一個疊加的過程，會出現(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)，在不同的試驗條件下，很難獲得一致性的結(jié)果，或者說外界因素的影響都會導(dǎo)致示值的不穩(wěn)定及漂移現(xiàn)象。
以上對傳感器y值、z值的分析沒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，就是早晨和晚上、夏天和冬天對高分辨儀表的示值肯定會有影響，甚至連外界吹風也會引起示值的變化。在現(xiàn)在市售的國產(chǎn)衡器儀表中，還未有通過OIML認證的高分辨儀表款式（Ⅲ級3000分度的儀表通過OIML認證的也不多見），實際上，國內(nèi)還沒有形成支持高分辨秤用傳感器及儀表產(chǎn)品市場。
對于由多只傳感器組成的秤，考慮到過載能力，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(shù)實際上已經(jīng)按比例縮小了，對于單只傳感器組成的秤來說，秤的額定載荷僅是傳感器額定量程的一部分，比如說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，隨著時間漂移，每個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)境因素的影響則會更大。
