電子汽車衡檢測(cè)方法的商榷

電子汽車衡檢測(cè)誤差實(shí)際上是反映了該產(chǎn)品的綜合性能情況，不論采用何種檢測(cè)方法其目的是能夠如實(shí)、準(zhǔn)確、方便、安全地得到被檢產(chǎn)品的性能。本文將近幾年來國(guó) 內(nèi)一些有志之士的探索方法，按照個(gè)人的理解進(jìn)行分析，與同行們一同探索。
一、引言
由于近年來電子汽車衡的秤量越來越大，按照法定的檢定或校準(zhǔn)成為一種很難操作的工作，所以許多有志之士就在不斷的探索合理而有效的檢定或校準(zhǔn)方法。怎么能夠準(zhǔn)確、方便、安全地獲得一臺(tái)大型電子汽車衡的稱量性能，按照我國(guó) 目前各個(gè)地方技術(shù)機(jī)構(gòu)所具備的能力，僅僅采用砝碼法是不能輕易達(dá)到目的的。
二、檢定工作的內(nèi)涵
R76-1《非自動(dòng)衡器》國(guó)際建議中對(duì)于稱量性能的檢測(cè)要求：
從零點(diǎn)逐步施加試驗(yàn)載荷至最大秤量（Mai , 再以相反次序逐步卸下試驗(yàn)載荷至零。測(cè)定初始固有誤差時(shí)，至少選擇10個(gè)不同的試驗(yàn)載荷，其它稱量試驗(yàn)至少選擇5個(gè)試驗(yàn)載荷。選擇的試驗(yàn) 載荷包括最大秤量（Mai，最小秤量（Mhi)，以及處于或接近最大允許誤差改變的那些載荷值。
我們從中可以清楚地看到以下幾個(gè)方面的情況。
(1）檢測(cè)是從零點(diǎn)逐步開始加載試驗(yàn)載荷，一直到最大秤量。
目的是檢查該衡器的誤差曲線是否在允許誤差帶的范圍之內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)有個(gè)別秤量值的誤差偏離了允許誤差帶，也可以通過稱重指示器的線性修正功能進(jìn)行修正，保證衡器的整個(gè)稱量性能全部在允許誤差的范圍內(nèi)。
(2)然后，逆順序逐步卸載試驗(yàn)載荷，直至零點(diǎn)。
目的是檢查該衡器回程的誤差曲線（即，滯后線性），是否在允許誤差帶的范圍內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)有個(gè)別秤量值的誤差偏離了允許誤差帶，也是可以通過稱重指示器的線性修正功能進(jìn)行修正的。
(3）測(cè)定初始固有誤差時(shí)，至少選擇10個(gè)試驗(yàn)載荷。
一般在對(duì)一臺(tái)新型衡器進(jìn)行型式評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)，需要選擇10個(gè)試驗(yàn)載荷進(jìn)行檢測(cè)，目的是了解此類新型產(chǎn)品的“初始固有誤差”的情況。只有通過定型鑒定了的衡器產(chǎn)品，在首次檢定及后續(xù)檢定時(shí)，就可以只選擇5個(gè)試驗(yàn)載荷。
(4）選擇最大允許誤差改變的載荷值
最大允許誤差改變的載荷值，這些點(diǎn)是一臺(tái) 衡器要求比較高的、比較難的點(diǎn)。比如，中準(zhǔn)確度等級(jí)（3級(jí)）秤的500e、2000e的兩個(gè)載荷值， 500e這一點(diǎn)在允許誤差± 0.5e是相對(duì)誤差最大的； 2000e這一點(diǎn)在允許誤差± 1.0e是相對(duì)誤差最大的。也就是說，只要這些載荷點(diǎn)能夠在允許誤差范圍之內(nèi)，那么這臺(tái)電子衡器也就是合格的了。
當(dāng)然，電子汽車衡的檢測(cè)還應(yīng)該包括：置零準(zhǔn)確度、偏載性能、除皮準(zhǔn)確度、重復(fù)性、鑒別閾等項(xiàng)目的試驗(yàn)。
三、幾種檢測(cè)方法解析 (一）對(duì)于由多塊結(jié)構(gòu)組合承載器檢測(cè)方法美國(guó)“NIST Handbook44”手冊(cè)中規(guī)定，對(duì)于電子汽車衡、軸重儀及組合式電子汽車衡偏載試驗(yàn)，試驗(yàn) 區(qū)域應(yīng)為長(zhǎng)度1.2m和寬度3.0m，最大試驗(yàn)載荷應(yīng) 滿足公式：最大載荷的比率^ 0.9x CLC。其中，r 是任意兩個(gè)或更多相鄰軸組的距離；CLC是 “集中載荷”（CLCS衡器的最大秤量/(N-0.5) ； N 是承載器的節(jié)數(shù)。
針對(duì)以上的規(guī)定，于是就有專家想出了這樣一個(gè)思路：電子汽車衡的承載力是由單節(jié)承載器決定的，是否可以按照每一節(jié)為一個(gè)稱量范圍，分別檢測(cè)呢？只要將每一節(jié)檢測(cè)合格，就認(rèn)可整臺(tái)汽車衡都符合稱量性能了呢？

但是有關(guān)專家告訴我，美國(guó)“NISTHandbook 44”手冊(cè)中的此項(xiàng)規(guī)定，是與美國(guó)聯(lián)邦公路管理局關(guān)于車輛載荷與橋梁總負(fù)荷關(guān)聯(lián)的一個(gè)公式，其目的是要求設(shè)計(jì)汽車衡時(shí)，必須與汽車對(duì)橋梁作用力按照集中載荷方式考慮的。所以，我們?cè)?nbsp;設(shè)計(jì)汽車衡承載器時(shí)，必須考慮承載器的剛度、強(qiáng)度也要按照橋梁的指標(biāo)。既是相同載荷，當(dāng)軸距不同的車輛稱量時(shí)，電子汽車衡也應(yīng)該能夠保證正常使用，而與汽車衡檢測(cè)方法沒有關(guān)系。這如同一個(gè)人站立在冰面上，可能這個(gè)冰面不堪重負(fù)，人可能掉入水中；如果這個(gè)人臥在冰面，冰面完全可以承受這個(gè)人的重量。
(二）現(xiàn)場(chǎng)單獨(dú)檢測(cè)稱重傳感器方法最近看到一篇文章中提出的一種檢測(cè)思路。就是在汽車衡安裝現(xiàn)場(chǎng)將稱重傳感器從承載器下取出，使用一種便攜式裝置只對(duì)稱重傳感器進(jìn)行檢測(cè)調(diào)整，就認(rèn)為完成了該衡器的檢測(cè)。
這種思路是一種“瞎子摸象”的方法，只是考慮了稱重傳感器對(duì)衡器的影響因素，而忽視了其他裝置對(duì)稱量性能的影響。與其采用這種方法，還比如直接拿稱重傳感器的出廠檢測(cè)報(bào)告看更直接。
實(shí)際上，任何一臺(tái)電子衡器的稱重傳感器和稱重指示器，都是出廠前通過專用設(shè)備對(duì)其計(jì)量性能檢測(cè)過的。這種在使用現(xiàn)場(chǎng)再使用便攜式裝置的稱重傳感器檢測(cè)，是沒有任何意義的工作。
(三）承載器分段檢測(cè)準(zhǔn)確度
有這樣一種檢測(cè)方法：是在對(duì)電子汽車衡進(jìn)行偏載試驗(yàn)之后，對(duì)于由多段結(jié)構(gòu)的承載器選擇任意一段，進(jìn)行稱量性能的加載試驗(yàn)，與檢定規(guī)程規(guī) 定的加載載荷不同，僅僅只是將部分重量的砝碼進(jìn)行加載試驗(yàn)，如果需要也可以再選擇一段承載器進(jìn)行檢測(cè)。要求在該秤量值時(shí)稱量誤差不大于最大允許誤差。
也就是說，對(duì)于由三段結(jié)構(gòu)的承載器，只需要使用1/3Max的砝碼，對(duì)其中一段承載器進(jìn)行加載，只是檢測(cè)1/3Max的稱量性能。
優(yōu)點(diǎn)：
(1)這種方法只采用了部分的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，對(duì)一臺(tái)大秤量的衡器進(jìn)行了檢測(cè)，減少了砝碼的使用。
(2）這種方法對(duì)承載器進(jìn)行了集中加載，考核了承載器的相對(duì)變形量，但是無(wú)法知道該電子汽車衡的整體稱量性能。
缺點(diǎn)：
(1)這種方法僅僅檢測(cè)了該汽車衡部分的量程，無(wú)法知道大于這個(gè)量程時(shí)的性能變化情況。
(2）實(shí)際上此種方法與第一種思路是非常相似的，僅僅作為偏載檢測(cè)是可以考慮的方法。
(四）分量程檢測(cè)性能

在一篇文章上看到這樣的一種想法：檢測(cè)工作是在對(duì)衡器使用砝碼進(jìn)行偏載試驗(yàn)之后，將不知道確切重量值的載荷（大約1/3Ma))加載到承載器上從稱重指示器得到一個(gè)重量值，再加載一組砝碼（大約1/500Ma?)，觀察示值是否增加了相同的重量值；取下砝碼后再將不知道確切重量值的載荷（大約l/3Mai加載到承載器上，從稱重指示器上又得到一個(gè)重量值，再加載一組砝碼 (大約1/500Ma)，觀察示值是否增加了相同的重量值；依此類推，直至到一個(gè)不確定的最大量程。

問題：
此種方法看似加載載荷至該衡器一個(gè)不確定的量程，得到了該衡器的一個(gè)分量程的稱量線性。而實(shí)際上，拿一個(gè)不知道確切量值的載荷加載到衡器上，是無(wú)法得到被測(cè)衡器實(shí)際稱量性能的，即使其中也用一組砝碼檢查了某一段的稱量性能，也僅僅是整個(gè)稱量性能中的某一小段，至于該衡器的整個(gè)線性曲線的走向是無(wú)法知道的。所以也就無(wú)法得出該衡器整個(gè)稱量性能的優(yōu)劣了。
(五）輔助檢定方法
獨(dú)立的輔助檢定方法是由力發(fā)生器（或液壓）機(jī)構(gòu)、反力裝置、傳感器和測(cè)量?jī)x表等組成的用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電子汽車衡施加標(biāo)準(zhǔn)載荷的單元，用于解決砝碼難于運(yùn)輸；檢定工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低；搬運(yùn)大量砝碼安全性差；成本費(fèi)用高；很難嚴(yán)格按照檢定規(guī)程進(jìn)行檢定等問題。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷單元既可以單獨(dú)檢測(cè)，也可以組合對(duì)各個(gè) 秤量值進(jìn)行遞增或遞減檢測(cè)。
優(yōu)點(diǎn)：
（1）可以快速檢測(cè)到被測(cè)衡器的最大秤量，得到被測(cè)衡器誤差線性曲線；
(2）解決了運(yùn)輸大量砝碼的安全問題和費(fèi)用問題；
(3）提高了檢測(cè)工作的勞動(dòng)效率。
缺點(diǎn)：
（1）要在衡器的基礎(chǔ)上建立一套安裝反力裝置的機(jī)構(gòu)；
(2）因?yàn)檫@個(gè)裝置在承載器上的是幾個(gè)集中作用點(diǎn)，比使用砝碼作用于承載器上的面積小的太多，所以對(duì)被測(cè)衡器承載器要求有足夠的強(qiáng)度、剛度；
(3）由于這個(gè)裝置只是垂直加載于承載器上，檢測(cè)過程中不會(huì)使承載器產(chǎn)生晃動(dòng)，與電子汽車衡的實(shí)際使用狀況完全不同，檢測(cè)結(jié)果不能反映汽車衡的實(shí)際情況；
(4）標(biāo)準(zhǔn)載荷單元應(yīng)該早日爭(zhēng)取被列入“質(zhì)量計(jì)量器具檢定系統(tǒng)框圖”，作為“工作計(jì)量器具” 使用。
四、總結(jié)
檢測(cè)一臺(tái)電子汽車衡的稱量性能，實(shí)際上也是在檢測(cè)這臺(tái)衡器組成各個(gè)部分的設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量。
這里以承載器結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行分析，如圖1 所示。

這是一個(gè)中準(zhǔn)確度等級(jí)的電子汽車衡誤差分布圖。
其中圖中粗的誤差曲線是在大于2000e這一點(diǎn) 后，出現(xiàn)“0”的誤差，而細(xì)誤差曲線是在小于2000e這一點(diǎn)前，出現(xiàn)“0”的誤差。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？經(jīng)過大量的數(shù)據(jù) 積累分析，粗的誤差曲線現(xiàn)象是反映該電子汽車衡承載器剛度優(yōu)于1/800，而細(xì)的誤差曲線現(xiàn)象是反映該電子汽車衡承載器剛度低于1/800，而且細(xì)的誤差曲線的曲率半徑越小，說明該汽車衡承載器的剛度越低。
任何一臺(tái)電子汽車衡是由四大部分組成的：承載器、稱重傳感器、稱重指示器、支撐機(jī)構(gòu) (基礎(chǔ)，我們?cè)诳紤]汽車衡性能時(shí)，必須考慮這些組成部分的結(jié)構(gòu)和性能。任何一臺(tái)衡器都有初始固有誤差，這個(gè)初始固有誤差是衡器在性能檢測(cè)和量程穩(wěn)定性檢測(cè)前所確定的誤差。初始固有誤差的定義說的好：任何一臺(tái)衡器自其設(shè)計(jì) 制造安裝結(jié)束之后，這臺(tái)衡器的命運(yùn)就己經(jīng)確定的了。為什么要這樣講呢？因?yàn)椋谠O(shè)計(jì)過程中，承載器的剛度、強(qiáng)度都是設(shè)計(jì)所決定的，稱重傳感器的技術(shù)指標(biāo)也是設(shè)計(jì)時(shí)選擇的，稱重指示器的參數(shù)（分度數(shù)、靈敏度、噪聲、零點(diǎn)溫度性能、量程溫度性能等）也是設(shè)計(jì)時(shí)選擇的，而支撐機(jī)構(gòu)（基礎(chǔ)）的質(zhì)量是由混凝土的標(biāo)號(hào)、鋼筋配置 (或者是鋼鐵框架結(jié)構(gòu)）確定的；再保證制造過程中各個(gè)部分加工工藝的執(zhí)行程度；安裝過程中保證質(zhì)量。這些原始數(shù)據(jù)確定的前提下，自然這臺(tái) 衡器固有誤差也就確定了。
所以要得到一臺(tái)電子汽車衡的稱量性能，必須做到以下幾點(diǎn)：
(1)只有檢測(cè)到該電子汽車衡的最大秤量，才能知道被測(cè)汽車衡的稱量誤差曲線。這樣既是出現(xiàn)個(gè)別秤量點(diǎn)超出允許誤差要求，也可以通過稱重指示器的誤差修正功能進(jìn)行調(diào)整。
(2）必須有一套可以方便、安全進(jìn)行檢測(cè)的標(biāo) 準(zhǔn)裝置。目前福建省計(jì)量科學(xué)研宄院研制的“獨(dú) 立的輔助檢定方法”，可能存在這樣那樣的一些問題，但是它能夠方便、安全地檢測(cè)到電子汽車衡的最大秤量，能夠給予汽車衡一個(gè)基本稱量誤差曲線。為了了解電子汽車衡的實(shí)際使用中的變動(dòng)情況，建議在檢測(cè)“重復(fù)性性能”時(shí)，采用實(shí)際車輛載重情況下，重復(fù)通過電子汽車衡承載器進(jìn)行檢測(cè)。
(3)除了要考慮四大部件的質(zhì)量之外，制造企業(yè)也必須注意邊界條件對(duì)衡器性能影響。例如，位移邊界條件和應(yīng)力邊界條件所包括的：基礎(chǔ)板質(zhì)量、基礎(chǔ)高度差、混凝土強(qiáng)度、混凝土充填、壓頭結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)剛度、承載器焊接變形、承載器連接等影響。

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