電子汽車衡檢定分度數的分析

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一、概述
    經常有客戶抱怨秤的零點漂移大、秤的滿程漂移大、示值不穩定等現象出現的較多。并且很多現象在更換一只或多只傳感器后正常，而換下來的傳感器在返回工廠后進行各項指標的檢查，均未發現異常，針對這種現象，我們對照了有關的標準，進行了理論計算及分析，從OIML R76的角度出發，分析出現問題的原因，以便衡器廠家作為參考。
    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稭ax稲/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稲/
    取R=1，則Vmin≤e?
    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。下面就實際使用中的一些典型事例進行分析說明。
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3000～6000，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：
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 =15000，傳感器的最大分度數nLC＝3000
    Vmin≤e?＝1kg /= 0.5kg
    按Vmin為0.5kg計算，則對應y＝Emax/ Vmin =20000
    DR≤0.5e/N＝0.5?kg /4 = 0.125kg
    Z = Emax/2DR = 10000/0.25 = 40000
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7200，z值應不小于3000，假設ZTC指標按0.015%FS/10℃控制，則對應的y值僅能達到9300，而對于以上出現的問題，y值大部分大于10000，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。某些秤臺在進行更換一只或多只傳感器后出現了穩定的現象，只是湊成這種偶然的巧合現象，有些秤臺可能更換1只傳感器就能滿足巧合現象，而有時則更換幾只傳感器后才能保證示值的穩定。以上的示例中，y值等于20000、15000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，但對于其它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。
    以上對傳感器y值、z值的分析沒有考慮溫度變化對儀表的影響，對于外界溫度有變化，明確的說，就是早晨和晚上、夏天和冬天對高分辨儀表的示值肯定會有影響，甚至連外界吹風也會引起示值的變化。在現在市售的國產衡器儀表中，還未有通過OIML認證的高分辨儀表款式（Ⅲ級3000分度的儀表通過OIML認證的也不多見），實際上，國內還沒有形成支持高分辨秤用傳感器及儀表產品市場。
    對于由多只傳感器組成的秤，考慮到過載能力，一般秤的總量程僅為傳感器總量程的1/5~1/2，傳感器的最大檢定分度數實際上已經按比例縮小了，對于單只傳感器組成的秤來說，秤的額定載荷僅是傳感器額定量程的一部分，比如說1/2量程，已經對傳感器提出了大于3000分度的要求，而各種信號噪聲相對不變，隨著時間漂移，每個傳感器受外界影響的敏感度增加，傳感器受外界干擾信號、環境因素的影響則會更大。

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