動態(tài)檢重秤校準方法研究

(深圳天溯計量檢測股份有限公司，廣東 深圳 518116)

1 概述

自動檢重秤又名重量分選秤。是一種中低速度、高精度的在線檢重設備，可與各種包裝生產(chǎn)線以及輸送系統(tǒng)集成，主要用于在線檢測產(chǎn)品重量是否合格，包裝內(nèi)是否缺少部件或產(chǎn)品質(zhì)量存檔。在線檢重在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，特別是在食品、藥品的生產(chǎn)過程中，檢重秤已成為產(chǎn)品線上一個不可或缺的環(huán)節(jié)。檢重秤通過在線對產(chǎn)品的質(zhì)量進行實際測量，并與預先設定的質(zhì)量允許范圍進行比較，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量超出預期范圍，則將產(chǎn)品進行處理，通過直接剔除、送至指定區(qū)域、報警等手段控制產(chǎn)品質(zhì)量。

自動檢重秤作為自動化生產(chǎn)線的一個重要環(huán)節(jié)，其準確度對產(chǎn)品線的控制質(zhì)量尤為重要，但如何對自動檢重秤進行周期校準和使用中檢驗，卻一直是困擾計量人員和使用工作人員的一個難題。

2 自動檢重的計量現(xiàn)狀

目前，自動檢重秤一般都有通過法定計量機構或其他技術機構進行檢定或校準，其依據(jù)的一般是JJG539 數(shù)字指示秤檢定規(guī)程和JJG1036電子天平檢定規(guī)程。將使用中的皮帶停止，按照數(shù)字指示秤或電子天平的檢定方法，對其分別進行偏載、重復性和示值誤差校準，并按照規(guī)程允差要求對其進行相應等級合格性判定。

當前方法存在的問題：依據(jù)數(shù)字指示秤或電子天平方法，只是對衡器進行了靜態(tài)的校準，只能判定衡器在非工作狀態(tài)時的性能參數(shù)。在工作狀態(tài)，在動態(tài)計量中，靜態(tài)的誤差能否滿足要求卻不能知道。因此，如果只是對衡器進行靜態(tài)檢測，是無法滿足自動檢重秤的性能要求，無法控制器的檢重質(zhì)量。

3 自動檢重秤計量方法探索

通過對國際建議的解讀和行業(yè)資料的收集，目前涉及動態(tài)校準的方法主要有以下三種：一是按照OIML R51 Automatic catchweighing instruments.Part 1:Metrological and technical requirements-Tests方法；二是“不可信區(qū)間”法；三是通過靜態(tài)衡器比較法，下面分別對三種方法進行介紹。

3.1 OIML R51國際建議對自動檢重秤的檢測要求

3.1.1 計量要求3.1.1.1 準確度等級

自動檢重秤按照工作模式可分為X類和Y類，其中X類用于稱量預包裝商品，Y類用于稱量散狀物品單個載荷，其等級分類見表1。

表1 檢重秤準確度等級

3.1.1.2 誤差要求

誤差要求分為自動運行狀態(tài)和非自動運行狀態(tài)(靜態(tài))，其允許誤差表按其分類參考OIML R51中的允許誤差表，詳見建議中允差要求。

3.1.1.3 自動運行試驗次數(shù)

為了確定自動運行時，X類衡器的平均誤差，標準偏差和Y類衡器的獨立誤差，連續(xù)試驗稱重的次數(shù)按表2規(guī)定。

3.1.2 校準方法3.1.2.1 自動稱重標準試驗

按照檢測方法要求，選取相應的載荷，按照規(guī)定的最小試驗次數(shù)進行自動稱重，記錄每個稱重的顯示值，并確定單次稱量的誤差。根據(jù)以下公式計算X類衡器的平均(系統(tǒng))誤差和標準偏差(隨機誤差)，或Y類衡器的獨立誤差。

式中：xi表示某一次的載荷示值誤差；X表示平均值。

表2 試驗稱重次數(shù)

3.1.2.2 非自動(靜態(tài))稱重試驗

從零點開始施加砝碼到最大秤量值，并且用相同的辦法卸載砝碼至零點。當確定初始固有誤差時，必須選擇至少10個不同稱量點，對其他稱重試驗，至少選擇5個。選在的稱量點必須包括最大秤量值，最小秤量值和最大允許誤差改變的稱量點。

3.1.2.3 置零準確度、除皮準確度

試驗前，先確定零點追蹤裝置狀態(tài)，若開啟，則需要加附加砝碼(10e)擺脫零點追蹤范圍，然后加小砝碼，按化整示值誤差計算公式計算零點誤差。

3.1.2.4 去皮

去皮稱重試驗分別在自動運行狀態(tài)和非自動(靜態(tài))狀態(tài)進行試驗，至少在兩個不同的去皮值上進行稱重試驗。自動運行狀態(tài)下，兩個載荷值要求一個值接近最小凈重載荷，一個值接近最大凈重載荷。如果衡器裝有附加去皮裝置，那么其中一個試驗的皮重值接近最大附加皮重值。靜態(tài)試驗時要求相同。

3.1.2.5 偏載試驗

1)動態(tài)偏載試驗。衡器在正常運行條件下，在承載器上施加一個等于1/3最大秤量的載荷并且按規(guī)定的次數(shù)通過承載器以下每個區(qū)域的中心：區(qū)域1是從承載器的中心到傳送系統(tǒng)的一邊，區(qū)域2是從承載器的中心道傳送系統(tǒng)的另一邊。

2)靜態(tài)稱重偏載試驗。在承載器4個方向部位上施加一個等于1/3最大秤量的載荷，若衡器支撐點n>4，每個支撐點的載荷應為1/(n-1)的最大秤量。

3.2 不可信區(qū)間法

不可信區(qū)間就是一個產(chǎn)品多次讀取重量，所得到的標準偏差的6倍。這個測試將確認檢重秤對于特定產(chǎn)品的重復性。具體做法如下：將同一個產(chǎn)品通過這個檢重秤10或者20次，確保每次通過時產(chǎn)品的方向和你在實際生產(chǎn)中的方向一致。

1)記錄下每個數(shù)據(jù)，有一些檢重秤可以自動記錄并計算標準偏差。如果檢重秤不能自動計算，可以用Excel表格里面的STDEV公式計算。

2)有了標準偏差后，乘以6，就得到了不可信區(qū)間。

3) 檢索下方的圖1，按表格中的TNE(-T1)，例如你的產(chǎn)品重量是200 g，那么TNE(-T1)就是4.5%或者9 g。

4)現(xiàn)在計算這個9 g的1/4，也就是0.25×9 g=2.25 g。這個數(shù)值就是你的重復性限值。

5)如果你開始算得的不可信區(qū)間大于2.25 g，那么這臺檢重秤在此設定下就是不可用的，需要在檢重秤上進行檢重的各種不同類型和重量的產(chǎn)品，都需要通過這個測試。要做得更好的話，每隔一段時間，就要重復一下這個測試，記錄分析各次測試的趨勢，看一下隨著時間變化，測試結果是如何變化的。根據(jù)這樣的趨勢，你就能確定你需要多久進行一下這樣的測試。這些記錄以及趨勢分析，也是檢重秤使用者對產(chǎn)險風險評估有效證明。

圖1 TNE(-T1)表

3.3 靜態(tài)衡器比較法

用一臺經(jīng)過校正的靜態(tài)秤或天平。靜態(tài)秤的分辨率需要和檢重秤一致，或者更高。這個檢查在一個批次開始前、開始后和結束時都需要進行。同樣，這個測試可以作趨勢分析，以便進一步進行風險評估。

1)使用與產(chǎn)品相近重量的校正砝碼來檢查靜態(tài)秤是否可正確稱重。

2)將產(chǎn)品通過運行的檢重秤，然后放置到靜態(tài)秤上稱取重量。將檢重秤上得到的重量數(shù)值和靜態(tài)秤上得到重量數(shù)值相比較。如果其差值大于1/5的TNE，這臺檢重秤就不適用了。

3)至少重復這個測試一次，以便檢查檢重秤的重復性。

4 結語

通過對三種方法的探索了解，我們可以看到，當前我們采用的測試方法明顯不能滿足自動檢重秤的計量性能要求，需要更多關注檢重秤的動態(tài)性能。三種方法中，前面兩種方法，比較專業(yè)和復雜，適合計量技術機構將其進行轉(zhuǎn)化為技術規(guī)范并應用于實際校準中；第三種靜態(tài)比較法簡單實用，可以作為企業(yè)實施使用中檢驗的一種有效方法。