探讨电子汽车衡非铸铁砝码检定方法（采用电磁力）

探讨电子汽车衡非铸铁砝码检定方法（采用电磁力）

利用现代的电子技术和传感技术研究一种电子汽车衡的快速检定方法，以解决现实中砝码检定不能满量程检定、效率低下以及费用高的问题。

1 衡器检定方法现状及本检定装置的意义

国内外技术水平现状：当前国内外衡器检定所使用的方法均采用砝码 (比较*的标准器为检衡车) 做标准器，此标准器在实际使用中存在几点不足。

1.1 现实中很难达到检定规程的要求

依据现行衡器检定规程，检定一台衡器一般需要满量程一半的标准砝码，即检定 100t 地中衡需要砝码 50t，而各地县级计量测试机构所配备的砝码一般在 5t 左右，不用替代法，只能检定满量程的 1/20，严重违反检定规程;随着经济的发展，80t、100t 大型衡器日益增多，此问题急需解决。

1.2 现行检定方法效率低下

以现行方法检定大型衡器，即使在上述违反检定规程的情况下，一天zui多检定两台大型衡器。随着经济的快速发展，大型衡器用户猛增，为此必须寻找一种替代现行检定手段。

1.3 检定费用高

现行检定方法需人力搬倒或需起重设备，大型衡器用户在检定时需投入大量人力、物力和才力。

1.4 本检定装置的意义

可替代现行衡器检定采用的砝码 (或检衡车)，解决现行检定方法存在的实际问题，开创衡器检定新方法。

2 基本原理

以加力装置对电子汽车衡检定仪 (以下简称检定仪) 传感器和被检定衡器传感器同时进行串联加力，传感器输出信号分别进入检定仪称重显示器和被检定衡器称重显示器，比较检定仪和被检定衡器示值以确定被检定衡器的误差。

3 检定仪的结构

此结构适用于电子汽车衡台面为非铁磁性物质制造的电子汽车衡，电子汽车衡非砝码检定原理如图 1 所示。

具体结构：系统由高精度拉式称重传感器、高精度称重显示仪表、阻力梁、力架、电磁铁、稳流电源组成。改变稳流电源的电流大小以改变磁力大小，电磁铁产生的力同时加在了标准传感器和电子汽车衡传感器上，两个系统的传感器产生的信号分别进入检定仪显示仪表和电子汽车衡显示仪表，比较电子汽车衡显示仪表的示值与检定仪显示仪表的示值，其示值的差值即为电子汽车衡的误差。

滚动车可以在台面上自由移动，当上、下电磁铁不正对时，上电磁铁受到水平分力，在此分力的作用下，滚动车自动移动直至不存在水平分力。标准传感器与力架采取万向轴连接，以便消除标准传感器受到的水平分力和力距作用。

导磁材料用于使上下两个电磁铁产生的磁场磁力线构成磁力线回路使磁力线不泄露，以降低称重传感器的输出信号受磁场的干扰程度。导磁材料采取柔性连接，防止滚动车自由活动受到限制。

标准传感器使用磁场屏蔽材料予以屏蔽，以减少称重传感器的输出信号受磁场的干扰。滚动车下面垫板，使板的坡度小于 1/500，以便于滚动车可以自由移动。

4 系统的研制及技术指标

目标：检定仪达到能够检定ⅲ级衡器的要求。

(1) 加力系统由 4- 8 套相同加力装置组成，单个加力系统承受 196kn的力。

(2) 称重传感器：非线性 0.01%、蠕变 0.01%、滞后 0.01%、重复性 0.01%、温度对灵敏度的影响0.01%/10k、稳定性 0.01%/ 年。量程为 20t 的数字传感器。采用数字仪表，通过修正使每个传感器的线性达到 0.002%，滞后 0.002%。

(3) 单个加力系统需提供 196kn压力。

(4) 力架的设计：要求承受 196kn压力。

(5) 阻力梁：能承受足够的拉力和弯矩。

(6) 确保所加压力铅直的设计：下电磁铁的轴心与铅垂线夹角小于 0.2 度。

(7) 标准称重显示器内部设置力 - - 质量转换功能，根据当地纬度和海拔计算当地重力加速度[1]。

(8) 为减小传感器、力架的蠕变误差，在检定时，统一规定加压时间为 10 分钟[2]，在标定检定系统时也规定加压时间为 10 分钟，这样由于蠕变产生的相对误差减小到±5×10- 5。

(9) 为减小温度对灵敏度的影响，标准装置在标定时按温度段进行标定，从 - 10℃至 +30℃每0℃为一段进行标定 (以适应于 - 10℃至 +40℃的使用环境)。对每个传感器的温度特性进行检验，绘制温度特性曲线以便对传感器进行温度修正，采用数字仪表使传感器的温度对灵敏度的影响减小到 0.002%/10k。

(10) 稳流电源：精度十万分之一。

5 不确定度分析

以 30 吨秤，称量在 8 吨时为例计算。

5.1 使用检定仪检定衡器的不确定度分析

5.1.1 测量方法

用检定仪的量值作为标准值进行检定。其示值误差是被检定衡器的示值与标准值进行比较，按公式进行计算。

5.1.2 数学模型

电子汽车衡的示值误差

5.1.3 方差和灵敏度系数

依方程

5.1.4 标准不确定度一览表 (以 8 吨为例)如表 1。

5.1.5 标准不确定度分量的分析与计算 (以 8吨为例)

5.1.5.1 电子汽车衡示值引入的不确定度分量u(i)

(1) 电子汽车衡是数显重量，因将其分度值设定为 1 千克(或者使用小砝码通过闪变点确定示值)，所以其数字分辨力为 1kg，设其服从均匀分布，则

2) 示值重复性引入的不确定度分量由实验可知：u(i2)=2.58kg

(3) 零点误差引入的不确定度分量

设零点在 – 3—+3 千克之间变化，设其符合正态分布，则零点引入的不确定度分量为 1kg。

以上分量线性无关，则

5.1.5.2 检定仪引入的不确定度分量

(1) 传感器的引入的误差

按照设计方案，单个传感器的综合误差为0.0134% ， 6 只传感器的综合误差为 20 ×103×1.34× ，设误差服从正态分布，则相应不确定度分量为：u(1)=0.36kg。

(2) 称重显示器引入的误差

数字示值分辨力：因为分度值为 1kg，设误差服从均匀分布，则相应不确定度分量为 u(32)=

(3) 砝码8 吨 m1级砝码的不确定度为 u(61)=0.1414kg，设该误差服从正态分布，则标准不确定度为 u(61)=0.047kg。

所以检定仪引入的不确定度分量为

5.1.6 合成不确定度

uc=2.82kg

5.1.7 扩展不确定度(k=3)

 u95=3×2.82=8.46kg

6 结论

本电子汽车衡的总不确定度为 8.46kg，其在使用中的zui大允许误差值为 30kg，6.40kg＜ (1/3×30) kg，符合检定系统要求。

7 效率分析

以检定 60 吨衡器，检定机构距衡器安装地点10 公里为例进行计算如表 2。

由计算可知：检定仪用时 2.67 小时，砝码用时 13.8 小时，检衡车用时 7.3 小时;相对砝码，使用检定仪可提率 4 倍，相对检衡车，可提率 1.7 倍。

8 待讨论的问题

本检定系统是否适用于铁磁性材料制造的衡器?因为本系统上下电磁铁采用了导磁结构，其磁力线绝大部分集中在上下两个电磁铁之间的空间，剩余部分磁力线大部分也穿过了秤体 (因为上电磁铁离秤面很接近)，故所有磁力线几乎全部穿过秤体。所以秤体受上下两个磁铁的力相互抵消，秤体不受磁场力的作用，所以本系统应该可以适用于铁磁性材料制造的电子汽车衡。