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(guī)形狀衡器的校準，一直是困擾計量技術(shù)機構(gòu)的一大難題。特別是在冶金行業(yè)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(chǎn)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(tǒng)的校準工作中得到啟發(fā)，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(chǎn)急需。近年來，以數(shù)字傳感器為核心的數(shù)字稱重系統(tǒng)，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(fā)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(shù)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(tǒng)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(shù)據(jù)的正式證書（報告）。對于測溫顯示儀表，到生產(chǎn)現(xiàn)場，依據(jù)所配置的經(jīng)測試檢定的溫度傳感器數(shù)據(jù)，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(tǒng)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(shù)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(zhì)性的區(qū)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(jīng)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(tǒng)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(chǎn)過程中使用的非貿(mào)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(guān)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(guī)避檢測單位自身的風險。

②由于免砝碼校準，主要是依據(jù)稱重傳感器的工廠校準數(shù)據(jù)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(shù)必須大于等于衡器的分度數(shù)，即 nLC ≥ n ）而且必須具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。尤其還要附有技術(shù)參數(shù)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)的誤差。所以要求衡器的傳力結(jié)構(gòu)筒單，采用規(guī)范的連結(jié)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(wěn)定。在校準前，至少通過三次加載、放空試驗的現(xiàn)場檢查確認。

3. 免砝碼校準方法簡介

不管是模擬稱重系統(tǒng)，還是數(shù)字稱重系統(tǒng)。免砝碼校準都應在衡器本身和安裝質(zhì)量優(yōu)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(xiàn)場用數(shù)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(tǒng)，盡量注意選用高精度等級的測量儀表和產(chǎn)生 mV 信號的儀器。

操作步驟如下：

a. 檢查確認的傳力機構(gòu)、限位裝置、傳感器是否符合要求且處于正常狀態(tài)。

b. 檢查確認輸入秤的基本參數(shù) Max 、n、d 等

c. 檢查秤空載零點的穩(wěn)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(jù)秤的稱重傳感器容量、數(shù)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(shù)值?？紤]到接線和接線盒電阻網(wǎng)絡(luò)，所引起的信號損耗衰減，在計算結(jié)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(shù)

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(shù)字傳感器

以數(shù)字傳感器為核心的數(shù)字稱重系統(tǒng)，模擬量成為數(shù)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(shù)字通訊。儀表接收的是傳感器送出的數(shù)字信號（脈沖數(shù)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(shù)字傳感器在制造生產(chǎn)中已經(jīng)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(shù)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(tǒng)簡便準確。

數(shù)字稱重系統(tǒng)的儀表都具有免砝碼校準功能，只要進入調(diào)試校準狀態(tài)，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(shù)字傳感器讀取參數(shù)。根據(jù)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)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(jié)果是：

模擬稱重系統(tǒng)，免砝碼校準準確度為 0.5% ～ 1.0% ；

數(shù)字稱重系統(tǒng)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(shù)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(jié)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(chǎn)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(yōu)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(shù)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(xù)檢定。其檢定結(jié)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(zhì)和安裝質(zhì)量良好的數(shù)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(zhì)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(nèi)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(jīng)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(chǎn)廠家提供一臺“演示秤”，供現(xiàn)場免砝碼校準后，進行砝碼（幾噸砝碼可從當?shù)亟栌茫Ρ闰炞C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(jié)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(jié)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(yè)操作指導書，規(guī)范免砝碼校準工作過程，保證校準工作的質(zhì)量。各方共同努力，使其發(fā)揮應有的作用。