R76-1《非自動衡器》國際建議中鑒別力測試方法的研究與優(yōu)化*

楊發(fā)武 秦 宇 許倩鈺 傅 琦 王喜陽

(1.陜西省計量科學(xué)研究院，西安 710065；2.西安航天動力測控技術(shù)研究所，西安 710025)

0 引言

數(shù)字指示衡器屬非自動衡器一類，在我們?nèi)粘Ｊ褂玫暮馄髦?，它在?shù)量方面占有絕對的優(yōu)勢。鑒別力測試是數(shù)字指示衡器必做的檢定測試項目之一，是影響衡器性能的重要指標(biāo)。在R76-1《非自動衡器》、JJG 555—96《非自動秤通用檢定規(guī)程》、JJG 539—97《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程中對鑒別力測試均有具體規(guī)定。

1 鑒別力的理論與原理

鑒別力閾是指“使測量儀器產(chǎn)生未察覺的響應(yīng)變化的最大激勵變化，這種激勵變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進(jìn)行”(7.11條)[1]。對測量儀器的某一示值給以一定的輸入，以確定某激勵值，這種激勵再緩慢從同一方向逐步增加，開始為未察覺響應(yīng)的變化，當(dāng)測量儀器的輸出開始有可覺察的響應(yīng)變化時，讀取該激勵值，此輸入的激勵值(輸入量)稱為鑒別力閾，也可簡稱鑒別力，同樣可以在反行程進(jìn)行[2-3]。

通常一臺測量儀器的鑒別力閾應(yīng)在同一示值上和對應(yīng)在標(biāo)尺上、中、下不同示值范圍的正、反向行程進(jìn)行測定，其鑒別力閾是不同的，為了準(zhǔn)確地得到其鑒別力閾的值，激勵的變化(輸入量的變化)應(yīng)緩慢，同時應(yīng)在同一行程上進(jìn)行，以消除慣性或內(nèi)部傳動機(jī)構(gòu)的間隙和摩擦。習(xí)慣上鑒別力閾也稱為靈敏閾、靈敏限，是同一個概念[2-3]。

靈敏度是被測量(輸入量)變化引起了測量儀器示值(輸出量)變化的程度，鑒別力閾是引起測量儀器示值(輸出量)未覺察變化時被測量(輸入量)的最大變化。但二者是相關(guān)的，靈敏度越高，其鑒別力閾越??；其靈敏度越低，鑒別力閾越大[2-3]。

鑒別力閾簡稱鑒別力，產(chǎn)生鑒別力閾的原因可能與噪聲、(內(nèi)部、外部的)摩擦、阻尼、慣性等有關(guān)，也與激勵值有關(guān)。R76-1國際建議術(shù)語中對鑒別力的定義是：衡器對載荷微小變化的反應(yīng)能力。對于一個給定載荷的鑒別力閾，即是下述附加載荷的最小值：當(dāng)將此載荷在承載器上輕緩地放上或取下時，即能使示值發(fā)生一個可覺察到的變化[2,4]。

在數(shù)字指示衡器的檢定測試中，對于各項指標(biāo)均應(yīng)有一個統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字指示衡器的儀表顯示是按四舍五入的原則進(jìn)行設(shè)計的，要引起可覺察的響應(yīng)變化(示值I發(fā)生閃變)，其最小激勵變化為0.1d，最大激勵變化為1.4d[5](d為數(shù)字指示衡器的實際分度值)。

因此，R76-1國際建議在其計量要求中對數(shù)字指示衡器鑒別力是這樣要求的：在處于平衡的衡器上，輕緩地加放或取走一個等于實際分度值1.4倍的附加載荷，此時原來的示值應(yīng)發(fā)生變化[4]。

2 R76-1國際建議鑒別力測試方法分析

R76-1國際建議性能測試中，對數(shù)字指示衡器鑒別力測試的描述為：在承載器上加上某一載荷和足夠的附加小砝碼(比方說相當(dāng)于10個0.1d)。然后逐一取下小砝碼，直到示值I明確地減少了一個實際分度值而變成為I-d，將一個小砝碼重新放上，再輕緩的將相當(dāng)于1.4d的載荷放到承載器上，于是得出在原示值上增加一個實際分度值的結(jié)果，即I+d(A.4.8.2)[4]。

根據(jù)操作順序?qū)⑸鲜鲨b別力測試方法稱為逆向法。在逆向測試過程中：1)使用 0.1d的小砝碼和閃變點的方法來確定化整前的示值[4,6]；2)采用逐漸取走小砝碼的方式確定閃變點；3) 在閃變點確定即化整前示值確定后，再輕緩的將相當(dāng)于1.4d的載荷放到承載器上；4)整個測試過程很難做到輕緩。

R76-1中找閃變點的方法是：對某一確定的載荷m，記下其示值I，逐一輕緩地加放相當(dāng)于0.1d的小砝碼，直到衡器的示值清晰地增加了一個分度值而變?yōu)?I+d)，加至承載器上的附加載荷為Δm，這就確定了該載荷下的閃變點即化整前示值P，衡器給出的化整前示值P用以下公式計算[4,6]：

P=I+1/2d-Δm

結(jié)合測閃變點做鑒別力測試的操作步驟如下：在承載器上加上某一載荷m，記下其示值I，然后逐一輕緩地加放相當(dāng)于0.1d的小砝碼，直到衡器的示值清晰地增加了一個分度值而變?yōu)?I+d)，加至承載器上的附加載荷為Δm，然后輕緩的將相當(dāng)于1.4d的載荷放到承載器上，應(yīng)該得出在上述示值(I+d)上再增加一個實際分度值的結(jié)果(I+2d)，稱此種鑒別力測試方法為順向法。

3 實驗與分析

R76-1國際建議A.4.8.2給出了數(shù)字指示衡器的鑒別力試驗的方案：開始的示值為I=200g；取下一些附加的小砝碼，直至示值改變?yōu)镮-d=190g；放回0.1d=1g，然后再加1.4d=14g；然后，顯示值應(yīng)為I+d=210g[4]。R76-1鑒別力試驗如圖1所示。

圖1 R76-1鑒別力試驗圖示

上述方案是完全理論計算設(shè)計的，在實際操作中，起始點是找不到一個190g的砝碼的，190g必須由100g，50g，20g，20g四個砝碼組合而成。根據(jù)國際建議及檢定規(guī)程提供的方法[4,6,7]，下面是一次電子秤比武中一名選手進(jìn)行鑒別力測試的操作過程。

電子秤最大秤量：30kg，分度值d=10g，0.1d=1g，他按規(guī)程要求分別在200g、15kg、30kg三點進(jìn)行測試。在200g點，他用190g砝碼(由100g，50g，20g，20g四個砝碼組合而成)和10個0.1d小砝碼，得到第一個值I=200g，接著按R76-1 A.4.8.2進(jìn)行余下的操作。在15kg、30kg點分別用9個砝碼組合成14.990kg、10個砝碼組合成29.990kg，加10個0.1 d 小砝碼后分別得到I=15.000kg、I=30.000kg，然后按R76-1 A.4.8.2 進(jìn)行余下的操作。

這個操作存在的問題是：1)需在承載器上加一組砝碼；2)操作過于煩瑣；3)鑒別力的測試無法在稱量測試的過程中同時完成；4)R76-1給出起始點的理論方案易引起誤解。因此，建議將R76-1方

圖2 鑒別力試驗圖示

案中的某一載荷的選點略做改動，即由190g調(diào)整為200g，上述方案變?yōu)椋涸O(shè)一個載荷為200g，分度值d=10g，0.1d=1g；開始的示值為I=210g；取下一些附加的小砝碼，直至示值改變?yōu)镮-d=200g；放回0.1d=1g，然后再加1.4d=14g；然后，顯示值應(yīng)為I+d=220g。鑒別力試驗如圖2所示。

4 順向法與逆向法鑒別力測試方法比較

順向法與逆向法鑒別力測試不僅僅是操作方向上的變化，它們的特點見表1。

表1順向法與逆向法鑒別力測試方法比較

表2測量數(shù)據(jù)

由表1可知，順向法較逆向法簡便易操作。為此我們在各種數(shù)字指示秤上分別用逆向測試法與順向測試法進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)鑒別力測試結(jié)果均相同，測量數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知：P2-P1=0或1，I2′-I1′ =0

兩種方法所得到的各載荷點的化整前示值的差在0與1d之間，這對鑒別力的測試結(jié)果是沒有任何影響的。

5 鑒別力的簡易測試方法及分析

由上面對鑒別力測試的討論可發(fā)現(xiàn)，即使用順向法，鑒別力的整個測試過程仍顯得復(fù)雜，不適合日常檢定中操作。在此我們提出了更簡易的測試法，即簡化法，其具體操作程序是：在某一載荷下，在處于平衡的衡器上，輕緩地加放質(zhì)量值等于實際分度值1.4倍的附加載荷，此時原來的示值發(fā)生變化，即認(rèn)為鑒別力檢定合格。

根據(jù)數(shù)字顯示設(shè)計原理，假設(shè)數(shù)字指示衡器的分度值為d=10g，則化整前示值為195g～204g對應(yīng)的顯示值I均為200g，化整前示值為205g～214g對應(yīng)的顯示值I均為210g，增加1.4d(14g)后，其顯示值則為I+d或I+2d，如表3所示。即增加1.4d后“原來的示值發(fā)生變化”的范圍在1d～2d之間，即數(shù)字指示衡器的讀數(shù)由原來的I變?yōu)镮+d或I+2d，這仍是符合國際建議R76-1關(guān)于鑒別力的定義與計量要求的，在我們所做的大量試驗中還沒有發(fā)現(xiàn)有偏離此現(xiàn)象的，而這種鑒別力測試法卻可以節(jié)省大量的操作時間。

6 結(jié)束語

通過上面的實驗、研究與分析，建議在R76-1國際建議及JJG 555—96《非自動秤通用檢定規(guī)程》中增加順向法進(jìn)行鑒別力測試的方法，并明確順向測試法與逆向測試法用于數(shù)字指示衡器的型式評價與各種檢驗。在JJG 555—96《非自動秤通用檢定規(guī)程》與JJG 539—97《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程的修訂時，對隨后檢定增加鑒別力簡易測試方法。

表3d=10g 的數(shù)字指示衡器化整前示值與衡器顯示值(部分)對應(yīng)表 g

[1] JJF 1001—2011 通用計量術(shù)語及定義[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2012

[2] 施文康，余曉芬.檢測技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

[3] 小編H.測量儀器的特性[EB/OL].http://www.6sq.net/article-49540-1.html，2007-01-10

[4] OIML R 76-1 Non-automatic weighing instruments[S].2006

[5] 王孝林.電子秤1.4e鑒別力小議[J].衡器，1994，74(5)

[6] JJG 555—1996 非自動秤通用檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，1997

[7] JJG 539—97數(shù)字指示秤檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，1998