便攜式大質量比較儀的研制

藍祿壽

(上杭縣質量計量檢測所，福建 龍巖 364200)

1 引言

目前對標稱值為500kg以上M1等級及以下的大砝碼實施檢定校準用的比較儀主要是機械天平或電子天平，而機械天平及電子天平對環境條件要求較高，適應固定安裝在實驗室工作。因此，用戶需把待檢砝碼送到實驗室，非常不方便。有條件的計量檢定部門購置了托利多或賽多利斯生產的便攜式比較儀，但其價格昂貴，非一般地方級計量檢定部門所能購置。本文介紹一種便攜式大質量比較儀，因為其成本較低(通常為進口同類產品價格的1/3)，便于攜帶，同時其計量性能可滿足JJG 99-2006《砝碼》的要求，適應于對衡器生產企業所用的大砝碼進行現場檢定校準。

2 裝置構成

本文介紹的大質量比較儀主要由稱重傳感器、預應力裝置、測量顯示部分及外形結構共四部分組成(結構示意圖如圖1所示)。加配2塊F2等級、標稱值為500kg的標準砝碼，組成大砝碼標準裝置。

2.1 稱重傳感器

圖中稱重傳感器選用HBM公司的高精度拉力傳感器，傳感器形狀為柱式，最大稱量1200kg，準確度等級為A級。

2.2 預應力裝置

此預應力裝置由：加載手輪、關節軸承、碟簧組成(如圖1所示)，采用16組蝶形彈簧來加載預應力，并用可轉動手輪來設置預應力。這樣可以使傳感器在工作中不用回零且能在很短的量程內工作，可以有效克服傳感器的蠕變等影響量，顯著提高傳感器的測量重復性和穩定度。

2.3 測量顯示部分

稱重顯示儀表選用一款型號為7.5位的精密數字測量

圖1 便攜式大質量比較儀結構示意圖

儀，該數字測量儀具有1000萬以上穩定指示的基本測量能力，0.01μV電壓測量分辨率，顯示分度數為1000000個，具有良好的測量穩定性和重復性。在檢測標稱值為1000kg的砝碼時，顯示分度值為1g;在檢測標稱值為500kg的砝碼時，顯示分度值設置為0.5g。

2.4 外形

比較儀主體外形由吊環、吊鉤及圓柱體支撐筒組成，材質選用高強度合金鋼制，總重量80kg，便與攜帶到現場。

3 工作原理

3.1 標準裝置組成

F2等級大砝碼標準裝置由一套F2等級大砝碼(2塊標稱值為500kg砝碼)為主標準器和配套設備大質量比較儀組成。可以開展對標稱值為500kg及1000kg M1等級及以下的大砝碼進行檢定、校準。

3.2 環境及測量方式

現場檢定校準選擇在無風、無振動且為常溫的條件下進行。環境溫度變化每4h不超過5℃.。依據JJG 99-2006《砝碼》檢定規程，在檢定校準方式采用起吊法，方法上可采用AB1…BiA測量方式，測量循環次數通常1次即可，被檢砝碼個數一組測量不超過5個。當然，采用ABA測量方式更理想。

3.3 檢定校準過程簡述

3.3.1 準備。把比較儀懸掛于起重設備上(應選用起重過程穩定、起吊砝碼后無振動的起重設備，如門式起重機、手動式起重葫蘆)。顯示儀連接到傳感器上，開機預熱半小時。

3.3.2 比較儀預加載荷。為了使比較儀內的高精度稱重傳感器彈性體減少“遲滯”影響并處于工作狀態，首先用起重設備通過比較儀起吊標準砝碼3次。然后放下標準砝碼，等顯示儀數據穩定后，加上起重帶后把顯示儀數據置到零點。

3.3.3 比較儀校準。再次起吊標準砝碼，等顯示儀數值穩定后，把顯示儀的數值校準到標準砝碼的標稱值(如1000.000kg)。

3.3.4 比較儀加預應力。旋轉比較儀上的專用手輪，給比較儀加預應力，應加到標準砝碼標稱值的90%左右，如900.000 kg。這個值是在放下標準砝碼時在顯示儀上得到的。

3.3.5 測試。依據JJG 99-2006《砝碼》檢定規程，采用ABA測量方式或AB1…BiA測量方式對被檢砝碼質量進行檢定校準。利用公式計算被檢砝碼的質量誤差。

式中：Δm—被測砝碼質量誤差(kg);

4 大質量比較儀合成標準不確定度評定

大質量比較儀合成標準不確定度包含了比較儀測量重復性、靈敏度、分辨力、偏載(旋轉)等不確定度分量。而測量重復性不確定度分量已包含了比較儀靈敏度、分辨力等確定度分量，所以比較儀合成標準不確定度主要由測量重復性不確定度分量μr和偏載(旋轉)不確定度分量μE合成。

4.1 μr計算

選用一被檢標稱值為1000kg的砝碼，在加載預應力和重復性條件下測量10次，數據如下：(kg)

砝碼質量算術平均值：I=1000.0078kg

則：測量重復性不確定度分量μr=Sr=0.0023kg

4.2 偏載(旋轉)不確定度分量μE

通過選用一被檢標稱值為1000kg的砝碼用比較儀測量時，每隔90°旋轉測量法得到

數據表如下。

?

極差值：R=1000.009-1000.000=0.009(kg)

4.3 合成標準不確定度μc

4.4 符合性說明

經試驗及評定，在檢定校準1000kg砝碼時，大質量比較儀合成標準不確定度小于M1等級、標稱值為1000kg砝碼的最大允許誤差絕對值50g的九分之一，符合JJG 99-2006《砝碼》中對衡量儀器的要求。可以與F2等級大砝碼配套使用，對M1等級及以下大砝碼進行檢定校準。

本裝置同樣適應標稱值500kg的相應等級砝碼的檢定校準。

5 結語

本裝置所用的測量原理及內部結構組成有別于傳統的測量裝置，通過內置的蝶形彈簧組給裝置施加預應力可有效克服稱重傳感器蠕變效應，并使得稱重傳感器在單點具有極高的測量重復性，大大提高測量準確度，從而能做為對工作用大砝碼檢定校準時的質量比較儀使用。因其造價低，對環境要求較低，便于攜帶到現場，有較好的使用價值。

［1］砝碼檢定規程(JJG 99-2006)，國家質量監督檢驗檢疫總局，2006

［2］質量比較儀校準規范(JJF1326-2011)，國家質量監督檢驗檢疫總局，2011

［3］測量不確定度評定與表示(JJF1059-1999)，國家質量技術監督局，1999