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地磅的示值誤差分析及其控制技術(shù)

衡器最初起源于我國秦朝，秦始皇統(tǒng)一了度量衡后，衡器成為公平貿(mào)易活動的重要工具。在我國夏朝，人們發(fā)明了杠桿秤，隨后埃及出現(xiàn)天平秤，這些以杠桿原理制作的稱重工具都被稱為機(jī)械秤。隨著我國改革開放和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，結(jié)合原始的機(jī)械秤原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，利用傳感設(shè)備對物體重量信號進(jìn)行感應(yīng)，經(jīng)計算機(jī)對感應(yīng)信號進(jìn)行分析和處理，逐步研制出許多適應(yīng)時代發(fā)展需求的新型電子衡器。本文將對現(xiàn)代的電子衡器及其計量誤差進(jìn)行介紹，重點分析衡器的計量誤差及控制技術(shù)。
1.引言
我國衡器的發(fā)展經(jīng)歷了悠久的歷史和演變，隨著朝代更迭和技術(shù)發(fā)展，其稱重原理也在不斷更新和改進(jìn)，由簡易杠桿原理結(jié)構(gòu)到復(fù)合杠桿原理結(jié)構(gòu)稱重，以及利用彈性變形的虎克原理，單點或多支點力點獨立稱重傳輸，逐漸演化成當(dāng)今操作簡單，稱重方便，稱量范圍廣，稱重精度高的電子衡器。衡器本身最基礎(chǔ)的作用就是測量出物體的重量，衡量其測量是否接近真值的程度，最重要的一項指標(biāo)就是衡器的精度等級。通過計量，分析衡器的各種誤差來源，對衡器精度等級做出符合性的判斷，并且采取一定措施和方法減少或避免誤差，使計量誤差控制在可接受范圍內(nèi)。只有這樣，才能保證電子衡器正常運(yùn)行。
2.電子衡器結(jié)構(gòu)原理簡介
衡器大多數(shù)是利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測定物體重量。主要由承重系統(tǒng)（如秤盤）、傳力轉(zhuǎn)換系統(tǒng) (如杠桿傳力系統(tǒng)）和示值系統(tǒng)（如刻度盤）三部分組成。衡器大體可分自動衡器和非自動衡器兩大類。非自動衡器如機(jī)械式臺秤產(chǎn)生誤差來源主要有承重刀口、刀墊磨損鈍位；傳力桿有擦靠，游鉈不標(biāo)準(zhǔn)，托盤不平等因素。隨著現(xiàn)代技術(shù)水平的發(fā)展，這類衡器逐步被精度高的電子衡器所取代，下面我們主要圍繞電子衡器主要代表一電子汽車衡（地中衡）展開討論。
電子衡器集現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子數(shù)字技術(shù)和計算機(jī) 技術(shù)于一體的全新產(chǎn)物。全數(shù)字化的電子汽車衡就是根據(jù) 現(xiàn)代最先進(jìn)的數(shù)字稱重傳感器和數(shù)字稱重顯示儀設(shè)計的全電子化汽車衡器，是大宗商品進(jìn)行計量的主要稱重設(shè)備，通常在化工制品、工程混凝土、木材物流、臨海港口和碼頭、各種廠礦、商家等場合得到廣泛使用。其稱重原理是將稱重車輛開到秤臺上，在重力作用下，秤臺給將重力傳遞給承重支承點，使稱重傳感器彈性體產(chǎn)生形變，貼附于彈性體應(yīng)變梁上應(yīng)變計橋路失去平衡，輸出與重量數(shù)值成正比的電信號，經(jīng)線性放大器將信號放大，再經(jīng)A/D電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由儀表的微處理器（CPU)對信號進(jìn)行處理，顯示出重量數(shù)據(jù)。數(shù)字化的稱重傳感器因為使用了數(shù)字技術(shù)，所以對溫度變化，磁場干擾以及其他因素的擾動非常敏感，盡管設(shè)計者采用了多種抗干擾及溫度補(bǔ)償措施，確保不偏離真實值。但由于安裝或使用不當(dāng)，仍然會產(chǎn)生一定量的誤差。所以我們對于其結(jié)構(gòu)，安裝和使用常識必須要有充分的了解。電子汽車衡是使用高強(qiáng)度但重量相對較輕的鋼材制作承重板，將承重板架構(gòu)在稱重傳感器上，傳感器固定在平整厚實的鋼筋混泥土地基上。如果衡器位于基坑內(nèi)，必須要有排水通風(fēng)設(shè)施。確保不水淹，不潮濕。如果無基坑，在承重板兩端需建造一定坡度的斜坡，便于稱重車輛上下秤體。承重板兩端還應(yīng)安裝限位螺釘，防止車輛上下秤體時劇烈沖撞搖晃而損害傳感器。
3.電子衡器計量誤差分析
隨著我國計算機(jī)相關(guān)技術(shù)水平的不斷提高，電子衡器應(yīng)用越來越廣泛’例如利用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行原材料重量計量以及對材料份額配比進(jìn)行控制’這兩項工作對計量精度和配比標(biāo)準(zhǔn)要求特別嚴(yán)格’而利用計算機(jī)技術(shù)正好能保證其精確度和需求。在貿(mào)易和產(chǎn)品生產(chǎn)控制過程中，計量人員應(yīng)該仔細(xì)操作’認(rèn)真記錄，并結(jié)合計量操作和數(shù)據(jù)分析評價計量結(jié) 果’找出產(chǎn)生計量誤差的原因’及時采取消除計量誤差的處理方法和措施，確保計量數(shù)據(jù)的有效性和正確性。通過分析和總結(jié)，影響稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度主要有如下幾種原因：
（1）零點漂移我們知道儀表里面的運(yùn)算放大器是采用直接耦合的方式運(yùn)行，各級的Q點都相互影響。由于各級的放大作用，第一級的微弱信號變化會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸人級的Q點發(fā)生微弱變化，輸出將隨時間發(fā)生緩慢的變化。此時就產(chǎn)生了零點漂移。最易產(chǎn)生零點漂移是溫度的變化，比如突然下雪降溫，天氣過于炎熱，溫度變化是最容易引起零點漂移現(xiàn)象。當(dāng)然其他因素也會導(dǎo)致零點漂移，例如電源電壓不穩(wěn)定、強(qiáng)磁干擾、元器件老化引起參數(shù)值變化等。傳感器處在非正常環(huán)境下工作時，即使不受力，也會產(chǎn)生一定的數(shù)值，且不穩(wěn)定。從而導(dǎo)致稱重操作人員無法獲得準(zhǔn)確的物體重量。因此零點漂移誤差對電子衡器精確度影響不容忽視。在具體應(yīng)用中，電子衡器可以用來稱量多種不同重量的物體，有的物體重量大，有的較輕，這使得稱重傳感器受到的壓力不均勻而且多次反復(fù)，導(dǎo)致傳感器不同程度的疲勞，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不能及時恢復(fù)到初始位置，在這種情況下傳感器將變得不靈敏，儀表置零成虛擬狀態(tài)，這將帶來較大的置零誤差。
（2）稱量誤差引起稱量誤差的原因主要有如下兩種情況。第一，受力傳感器可能是呈非線性變化，但是檢定時會將傳感器受力時認(rèn)定為線性變化，衡器的標(biāo)定程序一般是按照傳感器的線性原理進(jìn)行標(biāo)定的，這樣校準(zhǔn)時，也不能完全把不同檢定點稱量誤差都控制在同一許可范圍內(nèi)。考慮到傳感器彈性體在不同程度受力情況下，變形量不成線性變化，在計量檢定規(guī)程中規(guī)定的數(shù)字指示秤的最小稱量，最大稱量，以及中間各個稱量點的最大示值允許誤差也不相同。第二，承重體與周邊如果有擦靠，也會使得稱重物體的重量不能全部作用于傳感器上，導(dǎo)致屏幕顯示的稱重值和物體的實際重量值存在誤差。
(3 )偏載誤差。造成偏載誤差的主要因素是電子衡器傳感器元件的靈敏度不一致。制造傳感器的材料質(zhì)量不盡完全相同’使用的年限不相同’疲勞強(qiáng)度發(fā)生改變’尤其是更換部分傳感器與其他老傳感器不匹配’都會產(chǎn)生偏載誤差。此外還要考慮電子衡器安裝不水平，受力點處的元件生銹，懸空引起受力不實’傳輸線破損’潮濕等各種因素的影響。
4.電子衡器計量誤差控制以及改善
1.提高傳感器的質(zhì)量。傳感器的質(zhì)量好與否，直接決定了電子衡器的計量結(jié)果是否準(zhǔn)確有效。為了進(jìn)一步提高傳感器的質(zhì)量，必須要做到以下幾點：（1)傳感器制造時必須充分考慮電子衡器機(jī)械傳力的結(jié)構(gòu)并且符合機(jī)械傳力的特點，選材優(yōu)質(zhì)，制造質(zhì)量可靠。（2)出廠前，必須進(jìn) 行計量檢定，確保計量性能如穩(wěn)定性和重復(fù)性等指標(biāo)合格
2.安裝正確，確保安裝質(zhì)量。安裝后必須進(jìn)行稱重試驗，仔細(xì)檢查受力點是否安裝到位，受力可靠。經(jīng)過多次試驗后如果示值的重復(fù)性、穩(wěn)定性不合格，就得重新安裝調(diào) 試。衡器易遭受雨淋日曬，酸堿腐蝕，所以承重面須采用特殊材料進(jìn)行涂抹，防止生銹和腐蝕。有條件的地方可建避雨棚，設(shè)置防護(hù)板，安裝避雷設(shè)施，進(jìn)行安全保護(hù)。秤體周圍不應(yīng)有強(qiáng)磁設(shè)備，外接電源電壓不應(yīng)劇烈波動。總之’使用的環(huán)境條件必須符合其說明書的要求。
加強(qiáng)對電子衡器的計量檢定。定期檢定和校準(zhǔn)是從根本上保證衡器計量結(jié)果的準(zhǔn)確性有效手段。使用一段時間后，衡器的計量性能都會發(fā)生改變。通過檢定，會及時發(fā)現(xiàn)數(shù)值的偏移量。校準(zhǔn)時，應(yīng)根據(jù)實際情況，依據(jù)使用說明書采取單點或多點標(biāo)定和調(diào)試。進(jìn)行校準(zhǔn)后，能有效克服衡器的零點誤差、偏載誤差和稱量誤差。如果經(jīng)校準(zhǔn) 仍不合格的，可及時進(jìn)行信息反饋’或維修或停止使用。
加強(qiáng)日常維護(hù)，使用者在使用時，要經(jīng)常查看秤體及元器件是否有擦靠，移位，損傷等影響，不定期清掃泥灰臟物，保持清潔衛(wèi)生。
5.結(jié)束語
電子衡器是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等部門的重要工具，而計量檢定則是保證電子衡器準(zhǔn)確性的必要操作，計量檢定可以有效減少稱重誤差，避免因為稱量不準(zhǔn)確導(dǎo)致的錯誤。許多商家或用戶因?qū)馄髦R不很了解，當(dāng)發(fā)生在使用位置改變和其他變化時，計量結(jié)果的準(zhǔn)確性會受到相應(yīng)的影響，尤其是電子衡器由電子元件構(gòu)成，最易受到干擾。隨著使用時間的增加，可能會出現(xiàn) 零點漂移現(xiàn)象和稱量誤差，影響電子衡器計量結(jié)果的準(zhǔn)確性。只有通過計量檢定和校準(zhǔn)程序就可以使衡器回到合法的工作狀態(tài)，確保使用精度，保障用戶的利益。

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