大質(zhì)量比較儀偏載誤差對(duì)地磅砝碼檢定的影響

大質(zhì)量比較儀因其機(jī)械結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生偏載誤差。通過(guò) 500kgF1 等級(jí)砝碼對(duì) 1T 大質(zhì)量比較儀不同位置的偏載誤差進(jìn)行測(cè)試，分析測(cè)試數(shù)據(jù)，得到大質(zhì)量比較儀偏載誤差對(duì)砝碼檢定的影響。

1.引言

質(zhì)量比較儀是根據(jù)測(cè)量彈性元件的變形和應(yīng)變，或電磁力反饋平衡的原理制造的電子衡量設(shè)備。其主要用途是基于 ABA 或 ABBA 循環(huán)方式測(cè)量質(zhì)量差值，用于砝碼傳遞或其他測(cè)試特殊用途的高分辨率電子衡量設(shè)備。質(zhì)量比較儀偏載誤差是指砝碼重心偏離質(zhì)量比較儀秤盤(pán)中心而產(chǎn)生的誤差。對(duì)于最大稱(chēng)量值 100kg 以上的大質(zhì)量比較儀，由于其秤臺(tái)面積較大，秤臺(tái)與傳感器之間采用框式結(jié)構(gòu)連接，易產(chǎn)生偏載誤差。

根據(jù) 《JJF 1326-2011 質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)偏載誤差的校準(zhǔn)，是將砝碼重心放置在長(zhǎng)邊和寬邊平分線所形成的 4 塊面積的中心位置 （如下圖 1 所示），以此來(lái)定義質(zhì)量比較儀的計(jì)量特性。在正常的砝碼檢定的過(guò)程中很少會(huì)有位置偏移這么大，而產(chǎn)生這么大偏載誤差的情況。

而質(zhì)量比較儀生產(chǎn)廠家通常給出的重復(fù)性指標(biāo)是指砝碼重復(fù)落在秤盤(pán)中心位置，而產(chǎn)生的重復(fù)性，并不給出偏載范圍 （如表 1 所示）。這是在理想情況下的重復(fù)性。

本次研究通過(guò)使用 500kg 的 F1 等級(jí)砝碼，對(duì) 1T 質(zhì)量比較儀進(jìn)行偏載誤差的測(cè)試，選取離秤盤(pán)中心由近至遠(yuǎn)的幾個(gè)等分點(diǎn)作為砝碼的偏載點(diǎn)，在前后左右 4 個(gè)方向進(jìn)行比較儀的偏載測(cè)試，分析各點(diǎn)偏載誤差的數(shù)據(jù)，從而獲得質(zhì)量比較儀偏載誤差對(duì)砝碼檢定的影響。

2.實(shí)驗(yàn)研究

本次實(shí)驗(yàn)使用 500kgF1 等級(jí)砝碼 （其具體信息詳見(jiàn)表 2），對(duì)被測(cè) 1T 質(zhì)量比較儀 （其量程范圍詳見(jiàn)表 3） 進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試和偏載測(cè)試。

依據(jù)表 3 的數(shù)據(jù)計(jì)算得到該質(zhì)量比較儀重復(fù)性為 S=0.3g。這一測(cè)量結(jié)果表示：質(zhì)量比較儀在砝碼量值傳遞過(guò)程中存在線性漂移。表 3 中 40 次重復(fù)測(cè)試的漂移極差值為 8.5g。然而通過(guò) ABBA 的測(cè)量方式得到的重復(fù)性卻未超過(guò) 0.5g， 可見(jiàn) ABBA 循環(huán)有效的減少線性漂移引入的誤差。同時(shí)這一測(cè)試結(jié)果表明在不考慮偏載的情況下，質(zhì)量比較儀的重復(fù)性誤差只有 0.3g，小于比較儀的實(shí)際分度值 0.5g。質(zhì)量比較儀引入的重復(fù)性誤差在 ABBA 方式進(jìn)行砝碼量值傳遞中影響極小。

偏載測(cè)試結(jié)果：

重復(fù)性實(shí)驗(yàn)之后，實(shí)驗(yàn)室采用同一 500kg 砝碼對(duì)該質(zhì)量比較儀進(jìn)行偏載實(shí)驗(yàn)。砝碼按圖 3 的所示的位置，以 5cm、10cm、15cm、20cm 的距離逐漸偏離秤盤(pán)中心。各偏離位置的測(cè)量結(jié)果如表 4~ 表 7 所示。

質(zhì)量比較儀會(huì)產(chǎn)生偏載誤差，偏移 5cm 產(chǎn)生的最大偏載誤差為 15.3g，偏移 20cm 產(chǎn)生的最大偏載誤差為 127.5g。遠(yuǎn)大于重復(fù)性誤差，甚至超出線性漂移產(chǎn)生的誤差。

偏載在各個(gè)方向產(chǎn)生誤差大小不一，誤差方向不同。前后方向誤差均為正值，左右方向誤差為一正一負(fù)。

4 個(gè)方向的誤差沒(méi)有對(duì)稱(chēng)性，也沒(méi)有其他相關(guān)性。

通過(guò)分析各反向偏載距離對(duì)偏載值的影響，得到下圖 （圖 4） 不同偏載距離下偏載誤差變化趨勢(shì)圖

從上圖 （圖 4） 可以看出：

偏載誤差與偏載距離正相關(guān)，偏載距離越大，偏載誤差越大。

偏載誤差隨偏載距離為非線性增長(zhǎng)，更接近于級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。即伴隨偏載距離增加，偏載誤差增長(zhǎng)速度越快。

4 .結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)根據(jù) 《JJF 1326-2011 質(zhì)量比較儀校準(zhǔn)規(guī)范》 的要求，使用 500kgF1 等級(jí)砝碼對(duì) 1T 質(zhì)量比較儀進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試和偏載測(cè)試，研究了偏載距離由小至大對(duì)偏載值的影響。通過(guò)以上測(cè)試和對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析可以看出：質(zhì)量比較儀的中心重復(fù)性誤差很小，而且線性漂移的影響可通過(guò)ABBA 多次循環(huán)測(cè)量的方式消除。然而質(zhì)量比較儀的偏載誤差較大，且與偏載距離正相關(guān)，隨偏載距離的增加，呈級(jí)數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。因此偏載誤差對(duì)砝碼檢定和量值傳遞影響遠(yuǎn)大于重復(fù)性誤差的影響。在砝碼檢定和量值傳遞過(guò)程中，需控制砝碼重心落在質(zhì)量比較儀中心，才能進(jìn)行有效的量值傳遞。