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    電子汽車衡檢測方法的商榷

    電子汽車衡檢測誤差實際上是反映了該產品的綜合性能情況,不論采用何種 檢測方法其目的是能夠如實、準確、方便、安全地得到被檢產品的性能。本文將近幾年來國 內一些有志之士的探索方法,按照個人的理解進行分析,與同行們一同探索。
    一、引言
    由于近年來電子汽車衡的秤量越來越大,按 照法定的檢定或校準成為一種很難操作的工作, 所以許多有志之士就在不斷的探索合理而有效的 檢定或校準方法。怎么能夠準確、方便、安全地 獲得一臺大型電子汽車衡的稱量性能,按照我國 目前各個地方技術機構所具備的能力,僅僅采用 砝碼法是不能輕易達到目的的。
    二、檢定工作的內涵
    R76-1《非自動衡器》國際建議中對于稱量性 能的檢測要求:
    從零點逐步施加試驗載荷至最大秤量(Mai , 再以相反次序逐步卸下試驗載荷至零。測定初始 固有誤差時,至少選擇10個不同的試驗載荷,其 它稱量試驗至少選擇5個試驗載荷。選擇的試驗 載荷包括最大秤量(Mai,最小秤量(Mhi),以 及處于或接近最大允許誤差改變的那些載荷值。
    我們從中可以清楚地看到以下幾個方面的情況。
    (1)檢測是從零點逐步開始加載試驗載荷,一直到最大秤量。
    目的是檢查該衡器的誤差曲線是否在允許誤 差帶的范圍之內,如果發現有個別秤量值的誤差 偏離了允許誤差帶,也可以通過稱重指示器的線 性修正功能進行修正,保證衡器的整個稱量性能全部在允許誤差的范圍內。
    (2)然后,逆順序逐步卸載試驗載荷,直至零點。
    目的是檢查該衡器回程的誤差曲線(即,滯 后線性),是否在允許誤差帶的范圍內,如果發現有個別秤量值的誤差偏離了允許誤差帶,也是可 以通過稱重指示器的線性修正功能進行修正的。
    (3)測定初始固有誤差時,至少選擇10個試 驗載荷。
    一般在對一臺新型衡器進行型式評價試驗時, 需要選擇10個試驗載荷進行檢測,目的是了解此類新型產品的“初始固有誤差”的情況。只有通 過定型鑒定了的衡器產品,在首次檢定及后續檢定時,就可以只選擇5個試驗載荷。
    (4)選擇最大允許誤差改變的載荷值
    最大允許誤差改變的載荷值,這些點是一臺 衡器要求比較高的、比較難的點。比如,中準確 度等級(3級)秤的500e、2000e的兩個載荷值, 500e這一點在允許誤差± 0.5e是相對誤差最大的; 2000e這一點在允許誤差± 1.0e是相對誤差最大 的。也就是說,只要這些載荷點能夠在允許誤差 范圍之內,那么這臺電子衡器也就是合格的了。
    當然,電子汽車衡的檢測還應該包括:置零 準確度、偏載性能、除皮準確度、重復性、鑒別 閾等項目的試驗。
    三、幾種檢測方法解析 (一)對于由多塊結構組合承載器檢測方法 美國“NIST Handbook44”手冊中規定,對于電子汽車衡、軸重儀及組合式電子汽車衡偏載試驗,試驗 區域應為長度1.2m和寬度3.0m,最大試驗載荷應 滿足公式:最大載荷的比率^ 0.9x CLC。其中,r 是任意兩個或更多相鄰軸組的距離;CLC是 “集中載荷”(CLCS衡器的最大秤量/(N-0.5) ; N 是承載器的節數。
    針對以上的規定,于是就有專家想出了這樣 一個思路:電子汽車衡的承載力是由單節承載器決定的,是否可以按照每一節為一個稱量范圍,分別 檢測呢?只要將每一節檢測合格,就認可整臺汽車衡都符合稱量性能了呢?
    但是有關專家告訴我,美國“NISTHandbook 44”手冊中的此項規定,是與美國聯邦公路管理局關于車輛載荷與橋梁總負荷關聯的一個公式, 其目的是要求設計汽車衡時,必須與汽車對橋梁作用力按照集中載荷方式考慮的。所以,我們在 設計汽車衡承載器時,必須考慮承載器的剛度、強度也要按照橋梁的指標。既是相同載荷,當軸 距不同的車輛稱量時,電子汽車衡也應該能夠保證正常使用,而與汽車衡檢測方法沒有關系。這如同 一個人站立在冰面上,可能這個冰面不堪重負,人可能掉入水中;如果這個人臥在冰面,冰面完 全可以承受這個人的重量。
    (二)現場單獨檢測稱重傳感器方法 最近看到一篇文章中提出的一種檢測思路。 就是在汽車衡安裝現場將稱重傳感器從承載器下 取出,使用一種便攜式裝置只對稱重傳感器進行檢測調整,就認為完成了該衡器的檢測。
    這種思路是一種“瞎子摸象”的方法,只是 考慮了稱重傳感器對衡器的影響因素,而忽視了 其他裝置對稱量性能的影響。與其采用這種方法, 還比如直接拿稱重傳感器的出廠檢測報告看更直接。
    實際上,任何一臺電子衡器的稱重傳感器和 稱重指示器,都是出廠前通過專用設備對其計量 性能檢測過的。這種在使用現場再使用便攜式裝 置的稱重傳感器檢測,是沒有任何意義的工作。
    (三)承載器分段檢測準確度
    有這樣一種檢測方法:是在對電子汽車衡進行偏 載試驗之后,對于由多段結構的承載器選擇任意 一段,進行稱量性能的加載試驗,與檢定規程規 定的加載載荷不同,僅僅只是將部分重量的砝碼進行加載試驗,如果需要也可以再選擇一段承載 器進行檢測。 要求在該秤量值時稱量誤差不大于 最大允許誤差。
    也就是說,對于由三段結構的承載器,只需 要使用1/3Max的砝碼,對其中一段承載器進行加載,只是檢測1/3Max的稱量性能。
    優點:
    (1)這種方法只采用了部分的標準砝碼,對一 臺大秤量的衡器進行了檢測,減少了砝碼的使用。
    (2)這種方法對承載器進行了集中加載,考核 了承載器的相對變形量,但是無法知道該電子汽車衡的整體稱量性能。
    缺點:
    (1)這種方法僅僅檢測了該汽車衡部分的量 程,無法知道大于這個量程時的性能變化情況。
    (2)實際上此種方法與第一種思路是非常相似 的,僅僅作為偏載檢測是可以考慮的方法。
    (四)分量程檢測性能
     
    在一篇文章上看到這樣的一種想法:檢測工 作是在對衡器使用砝碼進行偏載試驗之后,將不 知道確切重量值的載荷(大約1/3Ma))加載到承 載器上從稱重指示器得到一個重量值,再加載一組砝碼(大約1/500Ma?),觀察示值是否增加了相 同的重量值;取下砝碼后再將不知道確切重量值的載荷(大約l/3Mai加載到承載器上,從稱重 指示器上又得到一個重量值,再加載一組砝碼 (大約1/500Ma),觀察示值是否增加了相同的重 量值;依此類推,直至到一個不確定的最大量程。
     
    問題:
    此種方法看似加載載荷至該衡器一個不確定 的量程,得到了該衡器的一個分量程的稱量線性。而實際上,拿一個不知道確切量值的載荷加載到 衡器上,是無法得到被測衡器實際稱量性能的,即使其中也用一組砝碼檢查了某一段的稱量性能, 也僅僅是整個稱量性能中的某一小段,至于該衡 器的整個線性曲線的走向是無法知道的。所以也 就無法得出該衡器整個稱量性能的優劣了。
    (五)輔助檢定方法
    獨立的輔助檢定方法是由力發生器(或液壓) 機構、反力裝置、傳感器和測量儀表等組成的用于實現對電子汽車衡施加標準載荷的單元,用于解決 砝碼難于運輸;檢定工作量大、勞動強度高、效率低;搬運大量砝碼安全性差;成本費用高;很 難嚴格按照檢定規程進行檢定等問題。每一個標準載荷單元既可以單獨檢測,也可以組合對各個 秤量值進行遞增或遞減檢測。
    優點:
    (1)可以快速檢測到被測衡器的最大秤量,得 到被測衡器誤差線性曲線;
    (2)解決了運輸大量砝碼的安全問題和費用問題;
    (3)提高了檢測工作的勞動效率。
    缺點:
    (1)要在衡器的基礎上建立一套安裝反力裝置 的機構;
    (2)因為這個裝置在承載器上的是幾個集中作 用點,比使用砝碼作用于承載器上的面積小的太多,所以對被測衡器承載器要求有足夠的強度、 剛度;
    (3)由于這個裝置只是垂直加載于承載器上, 檢測過程中不會使承載器產生晃動,與電子汽車衡的實際使用狀況完全不同,檢測結果不能反映汽車 衡的實際情況;
    (4)標準載荷單元應該早日爭取被列入“質量 計量器具檢定系統框圖”,作為“工作計量器具” 使用。
    四、總結
    檢測一臺電子汽車衡的稱量性能,實際上也 是在檢測這臺衡器組成各個部分的設計、制造、安裝質量。
    這里以承載器結構的情況進行分析,如圖1 所示。
     
    這是一個中準確度等級的電子汽車衡誤差分 布圖。
    其中圖中粗的誤差曲線是在大于2000e這一點 后,出現“0”的誤差,而細誤差曲線是在小于2000e這一點前,出現“0”的誤差。
    為什么會出現這種現象呢?經過大量的數據 積累分析,粗的誤差曲線現象是反映該電子汽車衡承 載器剛度優于1/800,而細的誤差曲線現象是反映 該電子汽車衡承載器剛度低于1/800,而且細的誤差曲線的曲率半徑越小,說明該汽車衡承載器的剛度 越低。
    任何一臺電子汽車衡是由四大部分組成的: 承載器、稱重傳感器、稱重指示器、支撐機構 (基礎,我們在考慮汽車衡性能時,必須考 慮這些組成部分的結構和性能。任何一臺衡器都 有初始固有誤差,這個初始固有誤差是衡器在性 能檢測和量程穩定性檢測前所確定的誤差。初始 固有誤差的定義說的好:任何一臺衡器自其設計 制造安裝結束之后,這臺衡器的命運就己經確定 的了。為什么要這樣講呢?因為,在設計過程中, 承載器的剛度、強度都是設計所決定的,稱重傳感器的技術指標也是設計時選擇的,稱重指示器 的參數(分度數、靈敏度、噪聲、零點溫度性能、 量程溫度性能等)也是設計時選擇的,而支撐機構(基礎)的質量是由混凝土的標號、鋼筋配置 (或者是鋼鐵框架結構)確定的;再保證制造過程 中各個部分加工工藝的執行程度;安裝過程中保 證質量。這些原始數據確定的前提下,自然這臺 衡器固有誤差也就確定了。
    所以要得到一臺電子汽車衡的稱量性能,必 須做到以下幾點:
    (1)只有檢測到該電子汽車衡的最大秤量,才能知 道被測汽車衡的稱量誤差曲線。這樣既是出現個別秤量點超出允許誤差要求,也可以通過稱重指 示器的誤差修正功能進行調整。
    (2)必須有一套可以方便、安全進行檢測的標 準裝置。目前福建省計量科學研宄院研制的“獨 立的輔助檢定方法”,可能存在這樣那樣的一些問 題,但是它能夠方便、安全地檢測到電子汽車衡的最 大秤量,能夠給予汽車衡一個基本稱量誤差曲線。 為了了解電子汽車衡的實際使用中的變動情況,建議 在檢測“重復性性能”時,采用實際車輛載重情 況下,重復通過電子汽車衡承載器進行檢測。
    (3)除了要考慮四大部件的質量之外,制造企 業也必須注意邊界條件對衡器性能影響。例如,位移邊界條件和應力邊界條件所包括的:基礎板 質量、基礎高度差、混凝土強度、混凝土充填、壓頭結構、結構剛度、承載器焊接變形、承載器 連接等影響。
     
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