電子汽車衡檢定分度數的分析

李鴻博 王銘澤

一、概述

目前國內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,其中對傳感器進行了以下規定:

1.稱重傳感器的最大秤量應符合下述要求:

Emax>Q·Max·R/N

式中:Emax——稱重傳感器的最大稱量;

N——傳感器個數;

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

稱重傳感器的最小靜載荷輸出恢復值DR應滿足下述條件:

DR≤0.5eR/N

取R=1,則DR≤0.5e/N

當DR未知時,應滿足條件:nLC≥Max/e

3.稱重傳感器的最小檢定分度值

Vmin≤e·R/N

取R=1,則Vmin≤e·/N

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,秤的檢定分度數超過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要求和計量中的誤差分配原則。從理論上來說系統是不穩定的,實際上組成系統的各部件,如傳感器、顯示器也沒有實驗數據的支持。

二、應用實例

根據目前市場衡器的使用情況,在多只傳感器進行標秤時,大多數廠家是將秤的檢定分度數設置在3 000～6 000,秤在使用過程中出現的質量問題比較少,秤的分度數設置的越大,出現問題的頻次就越大,在汽車衡中出現故障的情況舉例如下:

①最大稱量為15t的衡器,最小分度值1kg,使用4只10t的傳感器。安裝后出現零點漂移,顯示數字向一個方向遞增,后來換掉2只傳感器,解決了問題。

該秤的檢定分度數n =15 000,傳感器的最大分度數nLC=3 000

Vmin≤e·/N=1kg /4= 0.5kg

按Vmin為0.5kg計算,則對應y=Emax/ Vmin =20 000

DR≤0.5e/N=0.5×1kg /4 = 0.125kg

Z = Emax/2DR = 10 000/0.25

= 40 000

②最大稱量為60t的衡器,最小分度值5kg,使用6只30t的傳感器。裝秤后儀表零點不穩,表現為無規律的數字跳變,拆除1只傳感器后仍不正常,后來將6只傳感器全部更換后正常。

該秤的檢定分度數n = 12 000,傳感器的最大分度數nLC=3 000

Vmin≤e·/N=5kg /6= 2.041kg

按Vmin為2kg計算,則對應y=Emax/ Vmin=15 000

DR≤0.5e/N=0.5×5kg /6 = 0.4167kg

Z = Emax/2DR = 30 000/0.8333 = 36 000

③最大稱量為80t的衡器,最小分度值10kg,使用8只40t的傳感器。開機儀表顯示沒有規律的向負方向跳數,示值一直變小,更換4只傳感器后正常。

該秤的檢定分度數n = 8000,傳感器的最大分度數nLC=3 000

Vmin≤e·/N=10kg /8= 3.5355kg

按Vmin為3.5kg計算,則對應y=Emax/ Vmin=11 428

DR≤0.5e/N=0.5×10kg /8 = 0.625kg

Z = Emax/2DR = 30 000/1.25

= 24 000

④最大稱量為120t的衡器,最小分度值20kg,使用10只40t的傳感器。秤體在進行60t標定后不回零,更換2只傳感器后正常。

該秤的檢定分度數n = 6 000,傳感器的最大分度數nLC=3 000

Vmin≤e·/N=20kg /10= 6.325kg

按Vmin為6kg計算,則對應y=Emax/ Vmin =6 667

DR≤0.5e/N=0.5×20kg /10 = 1kg

Z = Emax/2DR = 40 000/2 = 20 000

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,而這些衡器的質量都出現了不同的質量問題,零點漂移、滿量程漂移,示值不穩定等現象。產生這些問題的原因又是什么呢?

首先,衡器的分度數過高,超過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值應不小于7 200,z值應不小于3 000,假設ZTC指標按0.015%FS/10℃控制,則對應的y值僅能達到9 300,而對于以上出現的問題,y值大部分大于10 000,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,則會出現各傳感器零點漂移疊加的現象。偶爾出現的秤臺穩定的現象只能說明此秤體選用的傳感器零點溫漂的方向不一致,存在互相抵消的現象,所以秤臺的零點穩定了,但這只是一種巧合。以上的示例中,y值等于20 000、15 000的兩種現象就是典型的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,所使用的應變計兩兩對稱,傳感器中零點自補償的比例較大,y值相對較大,對于零點滿足要求的也較多,但對于其他性能就不一定能保證。

對于z值的要求,如果傳感器生產廠家的工藝控制中,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,會出現儀表滿程不穩、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,在不同的試驗條件下,很難獲得一致性的結果,或者說外界因素的影響都會導致示值的不穩定及漂移現象。(編輯/梁永安)