探討大型衡器的檢測方法
近年來，隨著大型衡器的不斷增多，工業(yè)經(jīng)濟在生產(chǎn)工藝過程中對產(chǎn)品質(zhì)量的要求提高，在一些重點工序中要求一些衡器，特別是在冶金、石化、煤炭幾個行業(yè)，大型衡器已由稱量幾十噸發(fā)展至幾百噸，個別地方還有上千噸的載荷量。同時，物流業(yè)的迅速發(fā)展，特別是高速公路的不斷普及，公路運輸業(yè)也相應(yīng)得到提高，大噸位載重汽車每車的運輸量已超過百噸。這樣上百噸的汽車衡，幾百噸的軌道衡，幾百噸的天車秤、車載秤，以及上千噸的料斗（罐）秤也應(yīng)運而生。針對大型衡器的檢測工作，各行業(yè)的專業(yè)人員根據(jù)個人工作實踐經(jīng)驗，提出不少行之有效的測試方法。在此小編談一點個人的想法。任何一種檢測方法要具有生命力，首先是在理論上可行，其次是有法律支持，再次是使用方便。下文就幾種檢測方法進行分析、比較和探討的同時，與同行商榷。
大型衡器的幾種檢測方法比較
在這部分內(nèi)我想將檢測方法分為兩塊，一塊是在規(guī)程中被認可的，一塊是我們這次需要探討的。
1.符合法規(guī)的方法
根據(jù)計量法，在計量檢定規(guī)程中被認可的檢測方法有以下幾種：
（1）標準砝碼法
標準砝碼法即是使用砝碼檢測被檢衡器的全部計量性能，所使用砝碼的誤差必須是被檢衡器相應(yīng)秤量值zui大允許誤差的1/3。但是對于被檢定衡器，在檢定時必須測試zui大秤量的稱量準確度，而在后續(xù)檢定時稱量測試可根據(jù)實際使用情況，如果不測試至zui大秤量，至少測試至2/3zui大秤量。這樣對于大型衡器來講就需幾十噸，甚至上百噸的標準砝碼，如前所述目前各地計量監(jiān)督部門根本沒有如此多的標準砝碼，其只好采用替代法，或只檢測到前面的部分量程。
（2）標準砝碼的替代
當被檢衡器zui大秤量大于1t時，沒有足夠多的標準砝碼檢測衡器全部計量性能時，允許使用其他恒定載荷替代標準砝碼，其前提是至少具備1t標準砝碼，或者是zui大秤量50%的標準砝碼，兩者中應(yīng)取其大者。在滿足以下條件時，標準砝碼的數(shù)量可以減少，而不是zui大秤量的50%。
若衡器的重復(fù)性誤差不大于0.3e，可減少至zui大秤量的35%；
若衡器的重復(fù)性誤差不大于0.2e，可減少至zui大秤量的20%；
重復(fù)性誤差是將約為zui大秤量50%的載荷，在承載器上施加三次來確定的。
如前所述，采用zui大秤量的35%的標準砝碼需要替代兩次，采用zui大秤量的20%的標準砝碼需要替代四次。在目前一百噸、八十噸大型衡器如此普及的情況下，即是使用35%的標準砝碼替代兩次，也需要較長的時間和較大的人力物力。更何況隨著測試時間的加長，會將一些無關(guān)的誤差帶到稱量誤差中來。再則，根據(jù)以上規(guī)定，當只有十噸以下標準砝碼的縣級計量管理部門，在檢測五十噸以上衡器時也無法采用此方法。
（3）集成式檢測方法
在法制計量組織所制定的R61《重力式自動裝料衡器》、R107《非連續(xù)累計式自動衡器》和R134《動態(tài)公路車輛自動衡器》三個建議中分別都提到了一種檢測方法，即“集成檢定法”。這種方法是使用被測衡器的自有裝置確定被稱物品質(zhì)量的約定真值，主要用于檢測被測衡器的動態(tài)稱量準確度指標。
使用這種檢測方法的前提，一是要求被測衡器的靜態(tài)稱量準確度必須達到一定指標，并且要有一定的軟件和硬件條件來保證檢測過程正常運行。二是集成式檢測方法是針對自動衡器使用的。
2.需要進行探討的方法
鑒于目前我國在檢測大型電子衡器中存在的問題，我想在此探討幾種檢測方法的可行性，以解決檢測中出現(xiàn)的一些難題。
（1）疊加法（比對法）
在1982年提出用疊加式標準機檢測負荷傳感器的工作原理和實施途徑以來，1989年被列入力值計量器具檢定系統(tǒng)框圖，1992年疊加式力標準機檢定規(guī)程分布實施以來，疊加式標準機已在全國各傳感器生產(chǎn)單位普遍得到使用。
疊加法可以檢測準確度高于衡器的稱重傳感器，為什么不能用來檢測衡器呢？
這里首先是一個立法問題。即在有關(guān)檢定規(guī)程中確立疊加法檢定衡器的可行性地位；其次是具體的檢測方法和步驟問題，即如何檢測偏載，如何進行不同稱量值的性能檢測，如何進行鑒別力的檢測等等；關(guān)鍵是衡器本身的結(jié)構(gòu)如何滿足這種方法的實施問題。
如果用疊加法來檢測一臺衡器的方法可行，那么檢衡車上拉的就不是標準砝碼，而是液壓系統(tǒng)和檢測結(jié)構(gòu)了。這不論從載重量上，還是運輸?shù)陌踩陨隙己玫亩唷?br /> 當然，用疊加法檢測衡器還有一些技術(shù)問題有待解決。
① 檢測結(jié)構(gòu)的問題
對于偏載檢測，檢測用結(jié)構(gòu)比較簡單，對于稱量檢測，其檢測用結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜和笨重了。
② 關(guān)于加載點問題
對于偏載檢測，檢測時加載點是作用在稱重傳感器上方的承載器上的；但對于各稱量點準確度檢測時，其檢測點與承載器接觸面積也不會大，zui大也僅僅是作用在一條線上，不可能象砝碼一樣有較大面積的壓在承載器上。由此可以想像到，用疊加法檢測衡器稱量準確度的這個方法，對承載器的剛度、強度要求比用砝碼法高的多。
③ 以點代面問題
偏載檢測時所用載荷量是該衡器zui大秤量的1/n-1，也就是講，幾個稱量點所用載荷量的總量大于該衡的zui大秤量。是否可以這樣認為，當一臺衡器在偏載檢測合格后，其稱量準確度就不必再檢測了（當然，這是建立在承載器結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計合格的前提之下）。
④ 標準問題
我想要在大型衡器上采用“疊加法”檢測其計量性能取得合法地位，如前面所講的立法問題，就是要首先制定一部相關(guān)的產(chǎn)品標準和產(chǎn)品檢定規(guī)程。用產(chǎn)品標準對有關(guān)衡器的結(jié)構(gòu)進行規(guī)范；用產(chǎn)品檢定規(guī)程對有關(guān)的檢測器具、標準器提出要求，使檢測程序、檢測方法和檢測部位規(guī)范化。
在過去的幾十年中一些企業(yè)已將“疊加法”的檢測方法應(yīng)用到非貿(mào)易結(jié)算的衡器上，并且取得大量經(jīng)驗，我們可以在雜志和論文集中看到它們的身影。經(jīng)過如此長時間了，為什么沒有將此法推廣開來？其主要原因可能就是沒有給此法正名吧。
⑤ 力源的穩(wěn)定問題
力源的穩(wěn)定性是反映系統(tǒng)控制性能的重要指標，也關(guān)系到整機計量性能的準確度問題。許多地方使用簡單的液壓千斤頂作為力源，使用疊加法檢測衡器，由于各個環(huán)節(jié)在外力作用下都在發(fā)生變形，所以作用于傳力系統(tǒng)上的力是彈性的，這樣從稱重顯示器上就讀不到一個穩(wěn)定的示值，很難說清楚測量的準確度是多少了。目前在疊加式力標準機上用于補償力值變化的方法，主要有壓電陶瓷裝置和電液伺服控制裝置。但是使用這兩種控制裝置的疊加檢測系統(tǒng)造價比較高，推廣使用比較困難，建議研制普及型的產(chǎn)品。
（2）計算法
① 理論基礎(chǔ)：
計算法的理論基礎(chǔ)是：
載荷當量值
輸出信號＝供橋電壓×稱重傳感器靈敏度×
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稱重傳感器數(shù)量×稱重傳感器zui大秤量
② 方法步驟：
a 首先，檢測出空載狀態(tài)時的輸出信號值；
b 其次，加1/10zui大秤量標準砝碼，并檢測出此時的輸出信號值；
c 然后，再連續(xù)加兩個1/10zui大秤量標準砝碼，檢測出此時的輸出信號值，并比較其線性；
d 如果有條件，可再加一定量值的標準砝碼，測出其輸出信號值，且與前線性進行比較。
③ 相關(guān)影響量：
a 供橋電壓的偏差值修正；
b 稱重傳感器靈敏度偏差值修正。
④ 基本條件：
采用計算法的前提條件是生產(chǎn)地位必須提供以下基本器件的相關(guān)參數(shù)：
a 稱重傳感器準確度是多少；
b 稱重顯示控制器線性指標是多少；
c 承載器設(shè)計剛度的計算數(shù)據(jù)；
d 衡器基礎(chǔ)的承載力要足夠。
也可以講，計算法是一種綜合控制法，我們可以根據(jù)制造單位所提供的承載器計算參數(shù)，將有限的標準砝碼集中放置于承載器的局部位置，用百分表或鋼尺測量出承載器的變形量，來核對制造單位所提供的計算參數(shù)，這樣檢測者不但得到該稱量值的計量誤差，也同時得到該衡的承載能力指標。
（3）工廠檢測法
有些朋友認為數(shù)字式衡器可以在出廠前將有關(guān)參數(shù)設(shè)置進稱重顯示器和數(shù)字式傳感器中，產(chǎn)品到使用現(xiàn)場就沒有必要測試了。這種方法對于允許誤差大的產(chǎn)品，可能是可行的。但由于受到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場安裝條件的限制，可能測試結(jié)果會超出zui大允許誤差，不易推行。
① 稱重傳感器安裝位置有偏差，各只稱重傳感器的承受載荷有不同變化；
② 承載器設(shè)計結(jié)構(gòu)與實際有出入；
③ 加工工藝控制有問題，承載器結(jié)構(gòu)形變大小不一；
④ 基礎(chǔ)高度不一致；
⑤ 基礎(chǔ)施工工藝控制有問題等。
衡器準確度的條件
衡器保證準確度的條件為：設(shè)計制造的合理，使用環(huán)境正常，通過檢定而量值傳遞準確。
1.正確的量值傳遞
在JJG555-96《非自動秤通用檢定規(guī)程》中，針對貿(mào)易結(jié)算用衡器可以用兩種方法來檢測。一種是用足量的標準砝碼，但檢定衡器用標準砝碼的誤差，應(yīng)不大于衡器相應(yīng)秤量zui大允許誤差的1/3；一種是按規(guī)定的“替代物”，允許用少量標準砝碼和替代物結(jié)合使用。
替代法規(guī)定：當被測試秤zui大稱量大于1t時，可使用其它恒定載荷替代標準砝碼，前提是至少具備1t標準砝碼，或是zui大稱量50%的標準砝碼，兩者中應(yīng)取其大者。在以下條件下，標準砝碼的數(shù)量可以減少，而不是zui大稱量的50%。
若重復(fù)性誤差不大于0.3e，可減少至zui大稱量的35%；
若重復(fù)性誤差不大于0.2e，可減少至zui大稱量的20%；
重復(fù)性誤差是將約為zui大稱量50%的載荷，在承載器上施加三次來確定的。
zui大稱量的35%時需要替代兩次，即
zui大秤量的20%時需要替代四次，即
2.合理的設(shè)計制造
在質(zhì)量保證體系文件中，明確指出任何產(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計出來的，衡器這類產(chǎn)品也不例外。要想保證一臺衡器的使用準確度，必須確保組成衡器的四部分的質(zhì)量。即，保證承載器的剛度、強度；保證基礎(chǔ)（包括結(jié)構(gòu)）的承載力和平整性；保證稱重顯示儀表的線性、靈敏性、穩(wěn)定性；保證稱重傳感器的準確度、可靠性等等。
（1）承載器的剛度、強度
常規(guī)設(shè)計時，承載器的承載力應(yīng)按極限情況考慮。例如，料斗秤應(yīng)考慮到給料結(jié)構(gòu)失控時，物料溢出容器的情況；汽車衡的承載器應(yīng)考慮到特種車輛，特別是短軸距大載荷的車輛，這種車的zui大載荷可能沒有超出汽車衡的zui大稱量，但軸載對承載器局部的作用力則很大，如果按此種情況考慮，承載器結(jié)構(gòu)用材料必然很多。所以，通常在合理選擇稱重傳感器的基礎(chǔ)上，承載器的剛度一般在1/600-1/1000。
但是，對目前的檢定規(guī)程來講，當使用標準砝碼檢定時，要求：使用質(zhì)量大的砝碼，注意不要在放置區(qū)域形成不必要的疊放；如果使用多個小砝碼，要均勻地分布在整個區(qū)域。這樣一來，剛度在1/300左右的汽車衡承載器在檢測時，其計量準確度也能達到規(guī)程中規(guī)定的中準確度級（3級）衡器的允差要求，這恐怕就是規(guī)程的缺陷。所以建議在今后修訂規(guī)程時，其檢測條件中應(yīng)增加砝碼堆放位置和數(shù)量的要求。
zui大秤量（Max）標準砝碼的zui少量Max≤Max5t<Max≤25t5t25t<Max≤50t20%max50t<Max10t
（2）標準器的安放位置
在法制計量組織（OIML）R107《非連續(xù)累計自動衡器》建議和R61《重力式自動裝料衡器》建議，都要求承載器應(yīng)配備相應(yīng)的位置或設(shè)施，便于安全可靠放置規(guī)定量的砝碼或替代物。
《非連續(xù)累計自動衡器》是這樣規(guī)定的：衡器的承載器應(yīng)有便于放置表中標準砝碼數(shù)量的裝置。
《重力式自動裝料衡器》是這樣規(guī)定的：承載器應(yīng)留有放置zui大秤量試驗砝碼或質(zhì)量塊的位置或設(shè)施，以便安全可靠地放置砝碼或質(zhì)量塊。
而其他許多產(chǎn)品的標準中沒有類似的要求，更有許多產(chǎn)品由于受空間位置所限，雖然稱量值較大，但其承載器太小，根本無法考慮標準器的放置位置問題。當然，也有一些產(chǎn)品是由于設(shè)計者缺乏經(jīng)驗，忽視了衡器的檢測問題。
3.正確的檢測方法
在JJG555-96《非自動秤通用檢定規(guī)程》中針對“偏載”檢測，介紹了承載器四種情況下的不同檢測方法，比較全面的囊括了目前存在的各種衡器的偏載檢測問題。但是在執(zhí)行中還存在不少問題。
（1）汽車衡的檢測
如前所述，汽車衡承載器常規(guī)設(shè)計時其剛度應(yīng)在1/600以上。但是，剛度1/300的承載器也能通過計量性能檢測的實際情況，就說明規(guī)程存在漏洞，或是我們目前所執(zhí)行的方法不當。
規(guī)程中講：對于稱量滾動載荷的衡器，應(yīng)在承載器的不同位置上施加標準質(zhì)量滾動載荷，其載荷約等于通常zui重且zui集中的滾動載荷，但應(yīng)不大于zui大秤量與zui大添加皮重量之和的0.8。
試想，如果汽車衡按此條規(guī)定進行檢測，承載器剛度低的產(chǎn)品必定難逃不合格的命運。即是，按交通部2號令中的車輛zui大的額定載荷標準，三聯(lián)軸（每側(cè)雙輪胎）載重質(zhì)量為22t的載重加載，對于剛度低于1/600的承載器，當載荷加在兩對支撐點之間時，其計量準確度也是很難保證的。
（2）軌道衡的檢測
在《數(shù)字指示軌道衡》計量檢定規(guī)程中規(guī)定：對于偏載檢定，當使用T6F砝碼檢衡車時，砝碼小車重約為24t；對于稱量性能檢定，要求按秤量由自行秤量到zui大秤量的順序進行，且應(yīng)包括500e和2000e的秤量點。對于用砝碼小車24t進行七點檢測，一般結(jié)構(gòu)的承載器都能保證其計量性能。
而對于2000e的秤量點，當e=20kg時，恰好該點重量為40t。用T6F檢衡車進行檢測，一般會很順利合格通過。如用砝碼小車40t進行檢測，就會帶來問題。因為規(guī)程中沒有明確檢測設(shè)備，也沒有明確檢測車輛停放位置。假如40t的砝碼小車停放在支撐點上方，可能不會有較大誤差，但是當砝碼小車停放在兩個支撐點中間時，或者在承載梁的中間時，那么會出現(xiàn)什么情況呢？結(jié)果是可想而知的。
（3）特殊衡器的檢測
除了大量的通用衡器之外，還有一些量大面廣的特殊衡器，這些衡器有的是稱量較大而承載器較小；有的沒有常規(guī)的明顯的承載器。無法設(shè)計放置標準砝碼的結(jié)構(gòu)，或只能放置一部分砝碼。
① 輪重儀的檢測
當一套（兩個輪重儀）單軸稱量系統(tǒng)用于超載檢測時，在受控區(qū)域內(nèi)使用前必須對其進行計量性能檢測，每個輪重儀的zui大秤量是15t，而其面積只有0.4×0.7m2,如何檢測zui大秤量的計量準確度？有的朋友可能會說，在出廠之前是用疊加法已經(jīng)測試合格，到現(xiàn)場沒必要再測了。這是不對的，因為輪重儀的基礎(chǔ)改變了，其測試條件也就改變了。通常采用的方法是，在兩塊輪重儀上加放附加臺板，以擴大承載面積。
② 不斷軌軌道衡的檢測
在這里講的不斷軌軌道衡不是指鐵路上使用的那種產(chǎn)品，是指冶金行業(yè)中使用的煤塔秤。因為在這里使用的不斷軌軌道衡是靜態(tài)計量，其必須進行靜態(tài)檢測。通常煤塔秤的zui大秤量為一百多噸，即是被稱量的煤炭凈重也有幾十噸，如果也在兩根稱重軌上加放附加臺板，再向上加砝碼或替代物，檢測起來非常麻煩。
③ 鋼包秤的檢測
鋼包秤作為冶煉過程中*的計量設(shè)備，常用的形式是稱重模塊式。如果將稱重模塊安裝到大包迥轉(zhuǎn)臺上或鋼包車上后，再用標準砝碼對其計量性能進行測試時，根本就沒有安放砝碼的地方。不要說標準砝碼法了，就是用替代法也是比較困難的（當然，如果將標準砝碼放在大包內(nèi)也是可以的，但標準塊的取放也不方便）。
的方法是疊加法，先在工廠內(nèi)測試，通常是同時對一套系統(tǒng)進行測試，而后直接安裝在支架上使用。因為鋼包秤的允許使用誤差較大，即是存在較大偏差，也不會影響正常使用。
