關(guān)于地磅非砝碼(采用電磁力)檢定方法探討
本文旨在利用現(xiàn)代的電子技術(shù)和傳感技術(shù)研究一種地磅的快速檢定 方法,以解決現(xiàn)實(shí)中砝碼檢定不能滿量程檢定、效率低下以及費(fèi)用高的問題。
1.衡器檢定方法現(xiàn)狀及本檢定裝置的意義
國內(nèi)外技術(shù)水平現(xiàn)狀:當(dāng)前國內(nèi)外衡器檢定 所使用的方法均采用砝碼(比較先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)器為 檢衡車做標(biāo)準(zhǔn)器,此標(biāo)準(zhǔn)器在實(shí)際使用中存在 幾點(diǎn)不足。
1.1現(xiàn)實(shí)中很難達(dá)到檢定規(guī)程的要求
依據(jù)現(xiàn)行衡器檢定規(guī)程,檢定一臺衡器一般 需要滿量程一半的標(biāo)準(zhǔn)砝碼,即檢定100t地中衡 需要砝碼50t,而各地縣級計(jì)量測試機(jī)構(gòu)所配備的 砝碼一般在5t左右,不用替代法,只能檢定滿量 程的1/20,嚴(yán)重違反檢定規(guī)程;隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 80t、100t大型衡器日益增多,此問題急需解決。
1.2現(xiàn)行檢定方法效率低下
以現(xiàn)行方法檢定大型衡器,即使在上述違反 檢定規(guī)程的情況下,一天最多檢定兩臺大型衡器。 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,大型衡器用戶猛增,為此 必須尋找一種替代現(xiàn)行檢定手段。
1.3檢定費(fèi)用高
現(xiàn)行檢定方法需人力搬倒或需起重設(shè)備,大 型衡器用戶在檢定時(shí)需投入大量人力、物力和才 力。
1.4本檢定裝置的意義
可替代現(xiàn)行衡器檢定采用的砝碼域檢衡 車,解決現(xiàn)行檢定方法存在的實(shí)際問題,開創(chuàng)衡 器檢定新方法。
2.基本原理
以加力裝置對地磅檢定儀(以下簡稱 “檢定儀”傳感器和被檢定衡器傳感器同時(shí)進(jìn)行 串聯(lián)加力,傳感器輸出信號分別進(jìn)入檢定儀稱重 顯示器和被檢定衡器稱重顯示器,比較檢定儀和 被檢定衡器示值以確定被檢定衡器的誤差。
3.檢定儀的結(jié)構(gòu)
此結(jié)構(gòu)適用于地磅臺面為非鐵磁性物 質(zhì)制造的地磅,地磅非砝碼檢定原 理如圖1所示。
具體結(jié)構(gòu):系統(tǒng)由高精度拉式稱重傳感器、 高精度稱重顯示儀表、阻力梁、力架、電磁鐵、 穩(wěn)流電源組成。改變穩(wěn)流電源的電流大小以改變 磁力大小,電磁鐵產(chǎn)生的力同時(shí)加在了標(biāo)準(zhǔn)傳感 器和地磅傳感器上,兩個(gè)系統(tǒng)的傳感器產(chǎn) 生的信號分別進(jìn)入檢定儀顯示儀表和電子汽車衡 顯示儀表,比較地磅顯示儀表的示值與檢 定儀顯示儀表的示值,其示值的差值即為地磅的誤差。
滾動車可以在臺面上自由移動,當(dāng)上、下電 磁鐵不正對時(shí),上電磁鐵受到水平分力,在此分 力的作用下,滾動車自動移動直至不存在水平分 力。標(biāo)準(zhǔn)傳感器與力架采取萬向軸連接,以便消除標(biāo)準(zhǔn)傳感器受到的水平分力和力距作用。
導(dǎo)磁材料用于使上下兩個(gè)電磁鐵產(chǎn)生的磁場 磁力線構(gòu)成磁力線回路使磁力線不泄露,以降低 稱重傳感器的輸出信號受磁場的干擾程度。導(dǎo)磁 材料采取柔性連接,防止?jié)L動車自由活動受到限 制。
標(biāo)準(zhǔn)傳感器使用磁場屏蔽材料予以屏蔽,以 減少稱重傳感器的輸出信號受磁場的干擾。
滾動車下面墊板,使板的坡度小于1/500,以 便于滾動車可以自由移動。
4.系統(tǒng)的研制及技術(shù)指標(biāo)
目標(biāo):檢定儀達(dá)到能夠檢定III級衡器的要求。
(1)加力系統(tǒng)由4-8套相同加力裝置組成, 單個(gè)加力系統(tǒng)承受196kN的力。
(2)稱重傳感器:非線性0.01%、蠕變0.01%、 滯后0.01%、重復(fù)性0.01%、溫度對靈敏度的影響 0.01%/10K、穩(wěn)定性0.01%/年。量程為20t的數(shù)字 傳感器。采用數(shù)字儀表,通過修正使每個(gè)傳感器 的線性達(dá)到0.002%,滯后0.002%。
(3)單個(gè)加力系統(tǒng)需提供196kN壓力。
(4)力架的設(shè)計(jì):要求承受196kN壓力。
(5)阻力梁:能承受足夠的拉力和彎矩。
(6)確保所加壓力鉛直的設(shè)計(jì):下電磁鐵的 軸心與鉛垂線夾角小于0.2度。
(7)標(biāo)準(zhǔn)稱重顯示器內(nèi)部設(shè)置力--質(zhì)量轉(zhuǎn)換 功能,根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群秃0斡?jì)算當(dāng)?shù)刂亓铀俣取?/span>
(8)為減小傳感器、力架的蠕變誤差,在檢 定時(shí),統(tǒng)一規(guī)定加壓時(shí)間為10分鐘,在標(biāo)定檢 定系統(tǒng)時(shí)也規(guī)定加壓時(shí)間為10分鐘,這樣由于蠕 變產(chǎn)生的相對誤差減小到± 5X 10-5。
(9)為減小溫度對靈敏度的影響,標(biāo)準(zhǔn)裝置 在標(biāo)定時(shí)按溫度段進(jìn)行標(biāo)定,從-10℃至+30℃每 20蚓為一段進(jìn)行標(biāo)定以適應(yīng)于-10℃至+40℃的 使用環(huán)境。對每個(gè)傳感器的溫度特性進(jìn)行檢驗(yàn), 繪制溫度特性曲線以便對傳感器進(jìn)行溫度修正, 采用數(shù)字儀表使傳感器的溫度對靈敏度的影響減 小到 0.002%/10K。
(10)穩(wěn)流電源:精度十萬分之一。
5.不確定度分析
以30噸秤,稱量在8噸時(shí)為例計(jì)算。
5.1使用檢定儀檢定衡器的不確定度分析
5.1.1測量方法
用檢定儀的量值作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行檢定。其示 值誤差是被檢定衡器的示值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較, 按公式進(jìn)行計(jì)算。
5.1.2數(shù)學(xué)模型
地磅的示值誤差 E=I- m
式中:E-地磅的示值誤差,kg
I—地磅的顯示值某一檢定點(diǎn),kg
M- 檢定儀的示值,kg
5.1.3 方差和靈敏度系數(shù) 依方程
6.結(jié)論
本地磅的總不確定度為8.46kg,其在 使用中的最大允許誤差值為30kg, 6.40kg< (1/3x 30 kg,符合檢定系統(tǒng)要求。
7.效率分析
以檢定60噸地磅,檢定機(jī)構(gòu)距地磅安裝地點(diǎn) 10公里為例進(jìn)行計(jì)算如表2。
由計(jì)算可知:檢定儀用時(shí)2.67小時(shí),砝碼用時(shí)13.8小時(shí),檢衡車用時(shí)7.3小時(shí);相對砝碼, 使用檢定儀可提高效率4倍,相對檢衡車,可提 高效率1.7倍。
8.待討論的問題
本檢定系統(tǒng)是否適用于鐵磁性材料制造的地磅? 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)上下電磁鐵采用了導(dǎo)磁結(jié)構(gòu),其 磁力線絕大部分集中在上下兩個(gè)電磁鐵之間的空 間,剩余部分磁力線大部分也穿過了秤體闥為 上電磁鐵離秤面很接近,故所有磁力線幾乎全部 穿過秤體。所以秤體受上下兩個(gè)磁鐵的力相互抵 消,秤體不受磁場力的作用,所以本系統(tǒng)應(yīng)該可 以適用于鐵磁性材料制造的地磅。