電子秤免砝碼校準可行性準確性分析探討

電子秤免砝碼校準可行性準確性分析探討

承載器呈非常規形狀衡器的校準，一直是困擾計量技術機構的一大難題。特別是在冶金行業中反映更為明顯強烈，有很多難以用砝碼校準的衡器。例如在十幾米到幾十米高的平臺上的料罐秤，不僅砝碼難以運送到位，料斗、料罐型承載器上也無法放置砝碼，到了無法實施的地步，于是產生了免砝碼校準衡器的問題。

 

 

上世紀九十年代末，我們由進行熱工儀表溫度測量系統的校準工作中得到啟發，模仿其校準方式，對高位料倉下的料斗秤做免砝碼校準。以解燃眉之急，滿足了生產急需。近年來，以數字傳感器為核心的數字稱重系統，使得免砝碼校準方法，操作簡便，準確度較以前有所提高。但遺憾的是，還難以得到用戶（非計量檢定人員）的普遍認可。為此，寫出我們對免砝碼校準方法的認知和實踐，作為引玉之磚，期望引起同行們探討和賜教，促進免砝碼校準方法的開展，發揮其應有的作用。

 

1. 免砝碼校準的可行性分析

計量檢定工作人員都明白，測溫儀表的測量信號流程，是溫度傳感器將溫場中的熱量變換成電信號（mV 級），送至測溫儀表顯示輸出溫度值。衡器的稱重信號流程，是稱重傳感器將物料的重力變換成電信號（mV 級 or 脈沖數列），送至稱重儀表顯示輸出稱重量值。測溫信號流程稱重信號流程熱工測溫系統的校準方法，通常是采用將溫度傳感器離線，送到實驗室里進行測試檢定，且附檢測數據的正式證書（報告）。對于測溫顯示儀表，到生產現場，依據所配置的經測試檢定的溫度傳感器數據，用電位差計（UJ36 或 UJ31）輸入與溫度對應的電信號給測溫儀表，完成測溫系統的校準。

 

稱重和測溫主要是采用兩種不同的傳感器，將兩種不同的物理量（重量、熱量）變換成電量后，進行一系列的處理，顯示輸出對應重量、熱量的數值。比較稱重和測溫的信號流程，兩者基本相同，沒有什么本質性的區別。都是非電量變換成電量后，進行電量測量。

 

稱重傳感器也是經過相應等級的標準壓力機，檢測合格后出廠的。所以對于無法用砝碼校準的衡器，模仿測溫系統的校準方法，進行免砝碼校準是可行的。

 

2. 免砝碼校準的必要條件

我們所提出的免砝碼校準衡器的方法，主要是針對鋼鐵生產過程中使用的非貿易衡器，如鋼包秤、料斗秤、料罐秤等難以或無法用砝碼校準的衡器。但必須滿足以下條件：  

 

①免砝碼校準，是衡器難以或無法用砝碼校準，但又必須校準情況下的“無奈之舉”。一般由用戶主動提出要求之后實施。事前還需告知供、需雙方，有關免砝碼校準存在的利弊。在得到供、需雙方，尤其是需方認可后，才進行為妥。這樣可以規避檢測單位自身的風險。

 

②由于免砝碼校準，主要是依據稱重傳感器的工廠校準數據進行的。所以要求衡器所配置的稱重傳感器（稱重模塊），不僅必須有足夠高的準確度（分度數必須大于等于衡器的分度數，即 nLC ≥ n ）而且必須具有很好的穩定性和可靠性。尤其還要附有技術參數齊全的正式校準檢測報告。

 

③因為免砝碼校準，忽略了用砝碼直接加載校準情況下所包含的機械傳力結構系統的誤差。所以要求衡器的傳力結構筒單，采用規范的連結組件，裝物料的承載器直接安裝在稱重模塊上，保證物料重量*準確地傳遞給稱重傳感器。

 

④衡器的空載零點穩定。在校準前，至少通過三次加載、放空試驗的現場檢查確認。

 

3. 免砝碼校準方法簡介

不管是模擬稱重系統，還是數字稱重系統。免砝碼校準都應在衡器本身和安裝質量優良的前提下進行。

 

①模擬傳感器

主要是參照熱工儀表采用的校準方法，在現場用數字電壓表和電位差計完成秤的校準工作。

對于模擬稱重傳感器系統，盡量注意選用高精度等級的測量儀表和產生 mV 信號的儀器。

 

操作步驟如下：

a. 檢查確認的傳力機構、限位裝置、傳感器是否符合要求且處于正常狀態。

b. 檢查確認輸入秤的基本參數 Max 、n、d 等

c. 檢查秤空載零點的穩定性。秤零點確定后，測量記錄秤“0”點對應的 mV 信號值。

d. 再根據秤的稱重傳感器容量、數量、靈敏度（多個傳感器的平均值）、供橋電壓和秤最大秤量，由下式計算出 Max 對應的 mV 數值?？紤]到接線和接線盒電阻網絡，所引起的信號損耗衰減，在計算結果上增加萬分之三左右。

                                                                                       S×V×Max ／ C×N

 

式中 :

S：靈敏度 V：供橋電壓 Max：秤最大秤量

C：傳感器容量 N：傳感器個數

e. 將 Max 對應的 mV 值與秤“0”點對應的 mV 值之和，輸入給儀表進行最大稱量值校準。

f. 有條件盡量做一下對比驗證試驗。

 

②數字傳感器

以數字傳感器為核心的數字稱重系統，模擬量成為數字量，秤的儀表和傳感器之間已不是模擬信號的連接，而是數字通訊。儀表接收的是傳感器送出的數字信號（脈沖數列）。每只傳感器具有各自的地址，儀表通過 RS-485 通信接口，可以直接獲得每只傳感器的原始輸出信號。數字傳感器在制造生產中已經用標準的測力機進行了校準，它的輸出與標準值是對應的。數字信號傳輸基本上沒有損耗，讀出的值就是實際測量值，相對模擬稱重系統簡便準確。

 

數字稱重系統的儀表都具有免砝碼校準功能，只要進入調試校準狀態，按免（砝碼）校準功能鍵（calFREE），進入免砝碼校正界面。打開菜單，選中免砝碼校準，按 OK 鍵，儀表會自動從數字傳感器讀取參數。根據使用說明書操作，就能十分方便地完成免砝碼校準工作。當然衡器的機械結構系統要良好，符合上述必要條件，才能達到好效果。

 

4. 免砝碼校準標定存在的問題和建議

多年來，在有條件的情況下，我們盡量爭取做免砝碼校準標定后的實物（砝碼 or 大家*的重量塊）對比驗證。結果是：

 

模擬稱重系統，免砝碼校準準確度為 0.5% ～ 1.0% ；

數字稱重系統免砝碼校準的校準準確度為 0.4% ～ 0.1% ；

最近對比驗證二例如下：

 

例 1 一臺廢鋼秤

Max ＝ 60t、d ＝ e ＝ 20kg、 4 只 SLC820-50t 數字稱重傳感器、

IND570 稱重儀表

 

免砝碼校準后，用已知重量（30t）的廢鋼錠，進行對比驗證測試，其結果是：

1次加載30t  示值29980㎏  2次加載30t  示值29980㎏  3次加載30t  示值29980㎏

因生產不允許做更多次的測試，三次測量的重復性誤差為零。

 

相對誤差為：（30000 － 29980）÷30000 ＝ 6.6×10 ﹣ 4 即約為萬分之七，優于千分之一。用戶十分滿意。

 

例 2 選定馬鋼 一臺到檢定周期的汽車衡（Max ＝ 100t、e ＝ d ＝ 50kg、8 只 SLC820-50t 數字稱重傳感器、IND880 稱重儀表），做免砝碼校準的效果測試驗證。在對汽車衡例行維保后，實施了免砝碼校準。隨后用檢衡車和砝碼，按照中準確度級秤要求，進行后續檢定。其檢定結果：偏載、重復性、稱量測試誤差均小于等于最大允許誤差。

以上二例表明，只要自身品質和安裝質量良好的數字稱重衡器，

 

免砝碼校準準確度能達到 0.1% 水平。

然而，我們所做的免砝碼校準后的對比驗證，僅是局限在能方便放置砝碼（固定載荷）的衡器上。但可以放置砝碼（固定載荷）的衡器，一般就不會采用免砝碼校準。而需要用免砝碼校準的衡器，又無法放置砝碼（固定載荷）做免砝碼校準后的對比驗證。所以目前免砝碼校準說服力還不夠強，其有效性常遭到質疑，難以得到使用人員（非計量檢定人員）的普遍認可，是最大的問題。

 

電子天平普遍使用的內碼自動校準功能，類似衡器的免砝碼校準。為什么容易得到認可和運用呢？顯然是因為電子天平，可以隨時方便地用砝碼，進行對比驗證。

 

衡器測量的是物料，用實物砝碼進行校準，合理合法，天經地義。為了讓用戶看得見，摸得著，能直觀看到免砝碼校準的有效性。建議衡器生產廠家提供一臺“演示秤”，供現場免砝碼校準后，進行砝碼（幾噸砝碼可從當地借用）對比驗證的演示之用。眼見為實，使大家親眼看到免砝碼校準的效果如何，其誤差到底是多大！

 

5. 結束語多年來工作實踐說明，免砝碼校準，對于那些無法實施砝碼校準的儲罐、容器、料斗、料倉等場合所應用的衡器而言，是一種節省校準標定成本、性價比高的校準方法。我們應適時制定免砝碼校準作業操作指導書，規范免砝碼校準工作過程，保證校準工作的質量。各方共同努力，使其發揮應有的作用。