本項目旨在利用現代的電子技術(shù)和傳感技術(shù)研究一種地磅的快速檢 定方法，以解決現實(shí)中砝碼檢定不能滿(mǎn)量程檢定、效率低下、費用高的問(wèn)題。

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本項目旨在利用現代的電子技術(shù)和傳感技術(shù) 研究一種地磅的快速檢定方法，以解決現 實(shí)中砝碼檢定不能滿(mǎn)量程檢定、效率低下、費用 高的問(wèn)題。

二、地磅檢定方法現狀及本檢定裝置的意義

本檢定裝置以下簡(jiǎn)稱(chēng)檢定儀。

國內外技術(shù)水平現狀：當前國內外衡器檢定 所使用的方法均采用砝碼（比較先進(jìn)的標準器為 檢衡車(chē)做標準器，此標準器在實(shí)際使用中存在 以下幾點(diǎn)不足：

1.現實(shí)中很難達到檢定規程的要求：依據現 行衡器檢定規程，檢定一臺衡器一般需要滿(mǎn)量程 一半的標準砝碼，即檢定100噸地中衡需要砝碼 50噸，而各地縣級計量測試機構所配備的砝碼一 般在5噸左右，不用替代法，只能檢定滿(mǎn)量程的 1/20,嚴重違反檢定規程；隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，80 噸、100噸大型衡器日益增多，此問(wèn)題急需解決。

2.現行檢定方法效率低下：以現行方法檢定 大型衡器，即使在上述違反檢定規程的情況下， —天最多檢定兩臺大型衡器；隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā) 展，大型衡器用戶(hù)數量猛增，為此必須尋找一種 方法替代現行檢定手段。

3.檢定費用高：現行檢定方法需人力搬倒或 需起重設備，大型衡器用戶(hù)在檢定時(shí)需投入大量 人力、物力和財力。

本檢定裝置的意義：可替代現行衡器檢定采 用的砝碼威檢衡車(chē),解決現行檢定方法存在的 實(shí)際問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng )衡器檢定新方法。

三、基本原理

以加力裝置對地磅快速檢定儀（以下 簡(jiǎn)稱(chēng)“檢定儀”傳感器和被檢定衡器傳感器同時(shí) 進(jìn)行串聯(lián)加壓，傳感器輸出信號分別進(jìn)入檢定儀 稱(chēng)重顯示器和被檢定衡器稱(chēng)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之誤差。

四、檢定儀的結構

具體結構：以千斤頂加力方式為例。系統由 高精度稱(chēng)重傳感器、高精度稱(chēng)重顯示儀表、加力 支架反力架、加力裝置組成，如圖1所示。千 斤頂慢慢升起，通過(guò)反力支架產(chǎn)生力，此力又施加在檢定儀稱(chēng)重傳感器和地磅傳感器上， 兩個(gè)系統的傳感器產(chǎn)生的信號分別進(jìn)入檢定儀顯 示儀表和地磅顯示儀表，比較地磅顯示儀表的示值與檢定儀顯示儀表的示值，其示 值的差值即為地磅的誤差。

五、檢定儀的適用范圍

本檢定儀適用于安裝有橋式傳感器的地磅，且該地磅的傳感器上方有開(kāi)口，橋 式傳感器倒裝。

按照地磅傳感器的安裝方式，可分為 傳感器正放和反放。當進(jìn)行稱(chēng)重時(shí)秤體產(chǎn)生彎曲 變形，此變形對稱(chēng)重結果會(huì )產(chǎn)生誤差。變形對兩 種電子汽車(chē)衡稱(chēng)量結果產(chǎn)生不一樣，對反放的結 果影響為10-7數量級，對于衡器允許誤差為10-4 來(lái)說(shuō)可以忽略不計璉論計算見(jiàn)《衡器》2004年 第三期《秤體彎曲變形對兩種不同結構的電子汽 車(chē)衡的影響》-文；對正放產(chǎn)生的誤差，實(shí)驗表 明可達到7x 10-5,對于衡器允許誤差為10-4來(lái)說(shuō) 不可以忽略璉論計算見(jiàn)《衡器》2004年第三期 《秤體彎曲變形對兩種不同結構的電子汽車(chē)衡的影 響》-文。

六、系統的研制及技術(shù)指標：

目標：檢定儀能達到能夠檢定丨丨丨級衡器的要求。

加力系統由4-8套相同加力裝置組成，單 個(gè)加力系統承受196kN的壓力。

稱(chēng)重傳感器:非線(xiàn)性0.01%、蠕變0.02%、 滯后0.02%、重復性0.01%、溫度對靈敏度的影響

01%/10K、穩定性 0.02%/ 年。

稱(chēng)重顯示器：米用綜合誤差為0.001%的稱(chēng) 重顯示器。

單個(gè)加壓系統需提供196kN壓力。

加壓方式：蝸輪蝸桿方式，速比為1 : 500 ; 或者采用千斤頂方式，千斤頂滿(mǎn)負荷為20噸。

反力架的設計：要求承受196kN拉力。

尺寸：長(cháng)、寬400mm,高1100mm

材料：工程塑料或鋼材

標準傳感器的安裝水平度小于1 : 500。

確保所加壓力鉛直裝置：要求壓力方向與 鉛垂線(xiàn)夾角小于0.57度或更?。?/span>0.11度。

傳感器在安裝時(shí)，要保證受力點(diǎn)在中心 上下軸碗偏差不大于0.5mni

標準稱(chēng)重顯示器內部設置 力 質(zhì)量轉換功

能，根據當地緯度和海拔計算當地重力加速度①。

為減小傳感器的蠕變誤差，在檢定時(shí)， 統一規定加壓時(shí)間為10± 5分鐘②，在標定檢定 系統時(shí)也規定加壓時(shí)間為10分鐘，這樣由于蠕變 產(chǎn)生的相對誤差減小到± 5x 10-5。

為減小溫度對靈敏度的影響，標準裝置 在標定時(shí)按溫度段進(jìn)行標定，從-10°C至+30°C每 20°C為一段進(jìn)行標定（以適應于-10°C至+40°C的 使用環(huán)境。

七、檢定儀與砝碼的對比實(shí)驗

(―原理：檢定儀通過(guò)質(zhì)量傳體系進(jìn)行標定和 檢定后，用檢定儀和砝碼分別對同一檢定合格的 電子汽車(chē)衡進(jìn)行檢定，測出砝碼與該電子汽車(chē)衡的 示值差和檢定儀與電子汽車(chē)衡的示值差。

(二實(shí)驗數據如表1、表2、表3所示

(三實(shí)驗總結

實(shí)驗結果的線(xiàn)性和重復性都比較理想。

砝碼和檢定儀之間的差值在各個(gè)秤量都接 近0.01%,很明顯存在系統誤差。

八、不確定度的驗證以實(shí)驗時(shí)用的設備進(jìn) 行計算

(―使用檢定儀檢定衡器的不確定度分析

1.測量方法：用檢定儀的量值作為標準值進(jìn)行檢定。其示值誤差是被檢定衡器的示值與標準 值進(jìn)行比較，按公式進(jìn)行計算。

2.數學(xué)模型

地磅的示值誤差由下式得到：

E=I- m

式中：E—地磅的示值誤差，kg

I—地磅的顯示值某一檢定點(diǎn),kg

u c 檢定=uI}+ ? u2(n)

3.方差和靈敏度系數 依方程：

標準不確定度一覽表以8噸為例如表4

標準不確定度分量的分析與計算以8噸為例。

定為1千克(或者使用小砝碼通過(guò)閃變點(diǎn)確定示 值),所以其數字分辨力為1kg,設其服從均勻分 布，則

噸)=0.5/姨 2示值重復性引入的不確定度分量 由上述實(shí)驗數據可知：M(/2)=2.58kg 3零點(diǎn)誤差引入的不確定度分量：

由實(shí)驗過(guò)程觀(guān)察可知道，零點(diǎn)在-3?+3千克 之間變化，設其符合正態(tài)分布，則零點(diǎn)引入的不 確定度分量為 1kg。

以上分量線(xiàn)性無(wú)關(guān)，則

U(If=U(I i)2+M(/2)2+M(/3)2

u(1)=姨0.28872+2.582+12

u(1)=2.8266kg

(2檢定儀引入的不確定度分量

a.標定過(guò)程

1傳感器的引入誤差：

由實(shí)驗記錄可知：本實(shí)驗傳感器對實(shí)驗結果 有影響的因素為：非線(xiàn)性、重復性、蠕變，故傳 感器的綜合誤差為0.01732%。

4只傳感器的綜合誤差為30x 103x 1.73 2x

10-4/姨4kg,設誤差服從正態(tài)分布，則相應不確 定度分量為：u(1)=0.866kg。

2稱(chēng)重顯示器引入的誤差：

示值誤差：因為綜合誤差為1x 10-4,所以示 值誤差為：30x 103x 1x 10-4kg,設誤差服從為正 態(tài)分布，則相應不確定度分量為：u(31)=1kg。

數字示值分辨力：因為分度值為1kg,設誤差 服從為均勻分布，則相應不確定度分量為：u(32)=

|kg。

姨

零點(diǎn)誤差：因為分度值為10kg,但是現在設 為1千克，造成零點(diǎn)波動(dòng)，波動(dòng)范圍在-2?+2千

克之間，所以零點(diǎn)誤差為：2kg,設誤差服從均勻分布，則相應不確定度分量：u(33)=—2一kg。

3砝碼：8噸M1級砝碼的不確定度為：u (61)=0.1414kg,設該誤差服從正態(tài)分布，則標準不 確定度為 u(61)=0.0471kg。

4臺面及連接件：因a.不知道這方面有多大 影響，b.臺面強度和剛度足夠高，且標定時(shí)砝碼放 在四角，估計這方面產(chǎn)生的誤差不大，所以暫時(shí) 不考慮。

b.使用過(guò)程反力架引入的誤差：

壓力偏離重力方向產(chǎn)生的誤差：因為單個(gè)反力 架偏軸產(chǎn)生的相對誤差為1.6x 10-5,所以四只產(chǎn)生

的誤差為：8x 103x 16x 10-5 =0.0640kg,設此誤差

為均勻分布，不確定度分量均為：u(211)=0.0370kg。

偏心誤差：因為單個(gè)反力架偏心產(chǎn)生的相對 誤差為5 x 10-5,所以四只產(chǎn)生的誤差為：

8X 103x 5X 10-5 =0.20 00kg,設此誤差分布為均勻

姨

分布，則相應不確定度分量均為：u (22)=

10x 103x 5X 10-5 =0.1155kg。

姨3 x姨6

所以檢定儀引入的不確定度分量為：

uc=/u2+u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 c V 1 31 32 33 61 211 22

uc=a/0.86 62+12+(~貢)+(~^~)+(0.0471)+0.03702+0.11552

V V3 V

=1.7843kg

合成不確定度： uc=3.3050kg

擴展不確定度(k=2)

U95=2x 3.3051=6.6102kg 二使用砝碼檢定衡器的不確定度分析

同理計算，可得?=1.9110kg, U95=1.911 x 2 3.8220kg

不確定度驗證部分

由實(shí)驗結果可知：|Y2-Y1|=0.083kg

姨 u 2+u 1 =姨6.6 1 02+3.8222 =7.63 54kg

秤量的不確定度可以滿(mǎn)足檢定III級的要求。

同理可驗證其他秤量，如表5所示：（k=2) 所以在所有的秤量上，檢定儀的不確定度均 能夠滿(mǎn)足檢定III級衡器的要求。

九、結論

由理論計算和實(shí)驗驗證可知，本檢定裝置能 夠滿(mǎn)足III級衡器檢定規程對標準器的誤差要求。

十、產(chǎn)品應用前景及效益 ㈠社會(huì )效益：

解決大型衡器檢定中的砝碼不足的問(wèn)題。

可提高工作效率：與砝碼檢定相比，可提 高2.5倍。

3.開(kāi)創(chuàng )衡器檢定新方法。

(二經(jīng)濟效益分析：設備量程100噸，使用 壽命為10年計算；區域內有衡器100臺，檢定周 期為㈠年，衡器最大量程150噸，平均量程為60 噸，以檢定區域半徑25公里計算。比較列表6所 示：?jiǎn)挝蝗f(wàn)元。

由表6計算可知：使用檢定儀的費用最低， 為76萬(wàn)元，其次為砝碼，為139.25萬(wàn)元，使用衡車(chē)費用最高，為141.75萬(wàn)元。使用檢定儀和砝 碼比較，使用檢定儀10年可以為國家節約63.25 萬(wàn)元費用，與檢衡車(chē)相比，可以節約65.75萬(wàn)元。 如果按全國有2000個(gè)檢定機構計算，10年可為國 家至少節約費用12.65億元。