電子吊秤周期檢定方法探討

申濤++劉守山++郭知明

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)檢定電子吊秤的主要方法是將標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器。在電子吊秤的工作環(huán)境或?qū)I(yè)的檢定環(huán)境中，按照J(rèn)JG 539—1997《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程檢定。這項(xiàng)工作強(qiáng)度大，人員工作效率低，需要用到較多的輔助設(shè)備。簡(jiǎn)要介紹了使用疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)器檢定電子吊秤的情況，在滿足準(zhǔn)確度等級(jí)要求的前提下，使用輔助設(shè)備完成電子吊秤旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)和鑒別力試驗(yàn)，進(jìn)而高效、方便地完成電子吊秤的檢定工作，大大節(jié)約了標(biāo)準(zhǔn)器的成本。

關(guān)鍵詞：電子吊秤；檢定方法；力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)；旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TH715.1+93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.070

1 概述

電子吊秤作為常用的計(jì)重設(shè)備，其使用范圍十分廣泛。在工作過(guò)程中，為了保證電子吊秤的準(zhǔn)確度，必須進(jìn)行周期檢定。

按照J(rèn)JG 539—1997《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程的要求檢定電子吊秤，就需要一輛行吊或天車吊起電子吊秤和標(biāo)準(zhǔn)砝碼。常用電子吊秤的最大秤量為1～50 t，所以，行吊或天車的承載力要超過(guò)50 t。但是，這類設(shè)備占地大、造價(jià)高，一般的檢測(cè)機(jī)構(gòu)都不具備類似的設(shè)施，所以，只能運(yùn)送大量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼到電子吊秤的使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢定，這需要花費(fèi)較多的時(shí)間和費(fèi)用。當(dāng)所需設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，還需要一定規(guī)格和數(shù)量的鋼絲繩或承載架等輔助設(shè)施將砝碼掛在電子吊秤的吊鉤上吊起后進(jìn)行檢定?，F(xiàn)場(chǎng)一般都沒(méi)有符合要求的輔助設(shè)施，所以，需要專門定制，這又需要一筆不菲的費(fèi)用。由于輔助設(shè)施的自重都比較大，所以，在檢定過(guò)程中要將其刨除。如果在稱量試驗(yàn)中無(wú)法檢定到最大秤量，就只能在除皮試驗(yàn)中檢定到除皮后的最大秤量，但這一結(jié)果不能完全滿足檢定規(guī)程的要求。

鑒于上述情況，筆者經(jīng)過(guò)縝密的思考和試驗(yàn)，提出了使用力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)代替標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)器檢定電子吊秤。下面詳細(xì)論述其合理性和實(shí)施方法。

2 使用力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)檢定電子吊秤

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)作為檢測(cè)力值的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，具有嚴(yán)格的準(zhǔn)確度等級(jí)，使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守JJG 734—2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》檢定規(guī)程中的要求。

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)分為靜重式、杠桿式和疊加式3種。其中，靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的準(zhǔn)確度等級(jí)最高，最能滿足其作為標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是，它占地較大，造價(jià)高昂，不符合經(jīng)濟(jì)合理的原則；疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的準(zhǔn)確度等級(jí)相對(duì)較低，但是，它靈便輕巧、占地小、價(jià)格便宜，所以，本文主要探討這種標(biāo)準(zhǔn)器。如果疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)能夠滿足電子吊秤的檢定要求，那么，其他2種力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)也能滿足要求。為了方便檢定，力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)傳感器顯示裝置的輸出數(shù)值應(yīng)為kg，而不是N或kN。以下討論中使用的單位都是質(zhì)量單位而不是力值單位。

2.1 基本原理

電子吊秤是受拉力工作的稱重儀器，所以，可將拉式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行檢定，其基本原理如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，液壓缸帶動(dòng)反向器，并向標(biāo)準(zhǔn)傳感器施加壓力，同時(shí)，通過(guò)連接件向連接好的吊秤施加拉力，當(dāng)力穩(wěn)定后，比較電子吊秤的示值和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出值，計(jì)算誤差，得出檢定結(jié)論。其中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器應(yīng)該是高精密度傳感器，這類傳感器基本都是壓式的，拉式傳感器很難保證其高精密度，所以，反向器是必不可少的。

實(shí)現(xiàn)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)檢定電子吊秤的基礎(chǔ)是力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的構(gòu)建必須盡可能減小平行度、垂直度引入的不確定度，而連接件的尺寸、形狀也必須與吊環(huán)和掛鉤的尺寸相匹配。

2.2 準(zhǔn)確度等級(jí)要求

電子吊秤一般為中準(zhǔn)確度級(jí)，分度數(shù)在2 000～3 000之間。根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 539—1997《數(shù)字指示秤》的規(guī)定，中準(zhǔn)確度級(jí)的數(shù)字指示秤首次檢定最大允許誤差如表1所示。同時(shí)，規(guī)程中還規(guī)定，在隨后的檢定中，光柵秤、機(jī)電秤和電子吊秤執(zhí)行首次檢定最大允許誤差的2倍，所以，電子吊秤隨后檢定的最大允許誤差如表2所示。

表1 中準(zhǔn)確度級(jí)數(shù)字指示秤最大允許誤差

最大允許誤差mpe m以檢定分度值e表示

±0.5e 0≤m≤500

±1.0e 500

±1.5e 2 000

表2 電子吊秤隨后檢定的最大允許誤差

最大允許誤差mpe m以檢定分度值e表示

±1.0e 0≤m≤500

±2.0e 500

±3.0e 2 000

由于一般電子吊秤的分度數(shù)不超過(guò)3 000，電子吊秤的最大允許相對(duì)誤差≥1/1 000，標(biāo)準(zhǔn)器的最大允許誤差不大于電子吊秤最大允許誤差的1/3，所以，力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的最大允許相對(duì)誤差≤1/3 000即可滿足檢定要求。根據(jù)JJG 734—2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》的規(guī)定，0.03級(jí)疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力值誤差和力值重復(fù)性為0.03%，靈敏限為0.001%，30 min負(fù)荷波動(dòng)性為0.005%，可以滿足上述準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。

3 檢定中存在的問(wèn)題及解決方法

電子吊秤隨后檢定的試驗(yàn)項(xiàng)目包括外觀檢查、置零與除皮裝置的準(zhǔn)確度、稱量測(cè)試、旋轉(zhuǎn)測(cè)試、鑒別力測(cè)試、重復(fù)性測(cè)試和除皮稱量測(cè)試。所有的測(cè)試都需要得出化整前誤差，而力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確給出0.1e的力值變化量，無(wú)法采用閃變點(diǎn)法得出化整前誤差，同樣也無(wú)法進(jìn)行鑒別力測(cè)試。另外，力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在進(jìn)行拉力試驗(yàn)時(shí)，無(wú)法使電子吊秤旋轉(zhuǎn)，不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，這都是用力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)電子吊秤進(jìn)行隨后檢定時(shí)需克服的問(wèn)題。

3.1 獲得化整前的誤差

要想在檢定過(guò)程中得出化整前誤差，就要采用閃變點(diǎn)法或使電子吊秤指示較小分度值（不大于0.2e）。而使用力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確給出0.1e的力值變化量，這是目前科技和工藝無(wú)法攻克的難關(guān)，所以，只能讓電子吊秤指示較小的分度值。

近年來(lái)生產(chǎn)的電子吊秤所配的顯示裝置用途廣泛、功能繁多的數(shù)字顯示器或顯示儀表基本上都具有調(diào)整顯示分度值的功能，它至少可以將顯示分度值d調(diào)到0.2e，大部分可以將d調(diào)到0.1e。同時(shí)，力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)顯示儀表的顯示分度值肯定≤0.1e。經(jīng)過(guò)對(duì)比后，得到的誤差值即為化整前的誤差。計(jì)量部門如果需要電子吊秤的相關(guān)說(shuō)明書，可以咨詢生產(chǎn)廠家，并做好記錄保存，這樣調(diào)整電子吊秤的顯示分度值也會(huì)變得簡(jiǎn)單、高效。

3.2 旋轉(zhuǎn)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)本身無(wú)法使被測(cè)件旋轉(zhuǎn)，這時(shí)，就要對(duì)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行一定的改造，使其具有使被測(cè)件旋轉(zhuǎn)的功能，至少不能阻礙被測(cè)件在外力下旋轉(zhuǎn)。這一問(wèn)題可以通過(guò)利用電子吊秤本身的旋轉(zhuǎn)來(lái)解決。

在使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定電子吊秤時(shí)，其旋轉(zhuǎn)測(cè)試是將80%最大秤量的砝碼施加在承載器（吊鉤）上，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測(cè)試。這說(shuō)明，電子吊秤本身是可以旋轉(zhuǎn)的，而電子吊秤旋轉(zhuǎn)件一般是金屬扣結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

B A 組合后

圖2 電子吊秤旋轉(zhuǎn)件結(jié)構(gòu)

由圖2可知，這種結(jié)構(gòu)是將A套入B中，當(dāng)B固定時(shí)，A可以旋轉(zhuǎn)，只需要克服一定的摩擦力。在使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)電子吊秤作旋轉(zhuǎn)測(cè)試時(shí)，旋轉(zhuǎn)較為輕松。這說(shuō)明，對(duì)旋轉(zhuǎn)件進(jìn)行表面處理后，摩擦力就可以減小。如果將這種金屬扣反過(guò)來(lái)安裝在力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上，安裝在連接電子吊秤和傳動(dòng)箱的連接件之間，那么，只需要克服一定的摩擦力就能使電子吊秤在受力時(shí)旋轉(zhuǎn)。

電子吊秤和力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)本身不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，所以，必須借助外力使電子吊秤旋轉(zhuǎn)，有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)等模式。鑒于此，可以在電子吊秤吊鉤的連接件處安裝一個(gè)強(qiáng)度和韌性足夠的橫桿（一般直徑為20 mm的碳鋼就能滿足）。當(dāng)電子吊秤受力后，人在兩端推動(dòng)橫桿帶動(dòng)連接件，就會(huì)帶動(dòng)吊鉤旋轉(zhuǎn)完成旋轉(zhuǎn)測(cè)試，這是手動(dòng)方法。如果將橫桿連接到電機(jī)上，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)橫桿旋轉(zhuǎn)，甚至用電腦控制電機(jī)，設(shè)定好旋轉(zhuǎn)程序（包括順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），這便是半自動(dòng)和自動(dòng)方法。

在旋轉(zhuǎn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)傳感器不會(huì)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，不受影響，但是，吊秤的受力會(huì)隨著橫桿的移動(dòng)而產(chǎn)生波動(dòng)。所產(chǎn)生的波動(dòng)值很小，在旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成后就會(huì)恢復(fù)，如同使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼旋轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)一樣，它是可以忽略的，只要旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成后力值穩(wěn)定就能滿足要求。旋轉(zhuǎn)測(cè)試耗時(shí)可能會(huì)比較長(zhǎng)，在測(cè)試時(shí)間內(nèi)需要保持力值的穩(wěn)定性；而且性能較好的疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)能保持力值穩(wěn)定1～2 h，力值變化率為0.005%/30 min；杠桿式和靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)沒(méi)有時(shí)間限制，完全能夠完成旋轉(zhuǎn)測(cè)試。

3.3 鑒別力測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

鑒別力測(cè)試要求在吊鉤上掛上一定量的砝碼和10個(gè)0.1e的小砝碼，示值為I，然后依次取下小砝碼，直至示值變?yōu)镮-e.加上0.1e的砝碼后，再加上1.4e的砝碼，示值應(yīng)變?yōu)镮+e.因?yàn)榱?biāo)準(zhǔn)機(jī)無(wú)法給出0.1e的力值變化量，所以，表面上看起來(lái)是無(wú)法進(jìn)行鑒別力測(cè)試的。但是，鑒別力測(cè)試的本質(zhì)是檢測(cè)儀器對(duì)激勵(lì)變化的察覺(jué)能力。上述“依次取下小砝碼，直至示值變?yōu)镮-e后，再加上0.1e砝碼”的目的是找出電子吊秤示值的平衡點(diǎn)，而“再加上1.4e的砝碼”才是激勵(lì)變化，示值變?yōu)镮+e，說(shuō)明電子吊秤察覺(jué)到了1.4e砝碼的激勵(lì)變化。

將電子吊秤的顯示分度d調(diào)整為0.1e或0.2e后，就不需要再找出示值的平衡點(diǎn)，因?yàn)槭局当旧砭褪瞧胶恻c(diǎn)，只需要再加上1.4e力值的激勵(lì)變化，使電子吊秤產(chǎn)生不小于1e的示值變化就算符合測(cè)試要求。一般情況下，電子吊秤1.4e的質(zhì)量如表3所示。

表3 一般電子吊秤的分度值

最大秤量/kg 分度值e/kg 1.4e/kg

1 000 0.5 0.7

3 000 1 1.4

5 000 2 2.8

10 000 5 7

20 000 10 14

50 000 20 28

杠桿式和靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)可以直接加小砝碼測(cè)試，比較簡(jiǎn)單，這里主要討論疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。由表3中的數(shù)據(jù)可知，力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)不可能產(chǎn)生可控的1.4e的力值變動(dòng)，僅依靠力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)本身進(jìn)行鑒別力測(cè)試是不可行的，必須加裝輔助設(shè)施。鑒于此，可以將吊鉤與力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的連接件做長(zhǎng)一些，在吊鉤下面掛一個(gè)小托盤，托盤的形狀應(yīng)該是對(duì)稱雙槳形，其掛鉤掛在吊鉤上，與掛鉤相連的金屬桿從連接件中間的孔洞中穿出，兩邊各連接一個(gè)平板，平板上可以加放砝碼。在電子吊秤受力平衡時(shí)，在托盤上加放1.4e的砝碼，使其示值產(chǎn)生不小于1e的變化。這樣做，鑒別力測(cè)試中的問(wèn)題也就得以解決了。

4 結(jié)論與展望

經(jīng)過(guò)上述分析可知，使用力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)對(duì)電子吊秤進(jìn)行隨后檢定是完全可行的，工作人員只需按照上述方法解決檢定中存在的化整前誤差，旋轉(zhuǎn)測(cè)試、鑒別力測(cè)試等中的問(wèn)題，按照檢定規(guī)程一步步試驗(yàn)和測(cè)試就可以完成對(duì)電子吊秤的隨后檢定，從而得出完整、合理、可溯源、符合規(guī)程要求的檢定數(shù)據(jù)。

與此同時(shí)，本文中提出的檢定方法也存在一些問(wèn)題，主要有以下2點(diǎn)：①約定真值（即標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出值）很可能不是整數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)就會(huì)顯得繚亂；②需要添加一些輔助設(shè)備和設(shè)施。鑒于此，希望在今后的工作中能夠?qū)ｉT針對(duì)電子吊秤的檢定設(shè)計(jì)、制造出一體化的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，以保證電子吊秤的檢定工作能夠更加準(zhǔn)確、高效。

參考文獻(xiàn)

[1]青島市技術(shù)監(jiān)督局，青島衡器測(cè)試中心.JJG 539—1997 數(shù)字指示秤[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1997.

[2]中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，航天總公司102所，航天總公司304所，等.JJG 734—2001 力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2001.

[3]曹立平.中國(guó)衡器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2005.

[4]葛玉春.ORS電子吊秤的使用及故障排除[J].科技風(fēng)，2010（2）.

〔編輯：白潔〕