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称重传感器及测量标准器准确度解读
2019-06-05 21:02:52 来源:http://www.scalesh.com 作者:http://www.scalesh.com 【 】 浏览:0次 评论:0

称重传感器是电子衡器的核心部件之一, 其性能优劣直接影响整个称重系统的准确度。我们常常可以在传感器铭牌或相关技术资料上看到这样的信息:如某传感器准确度为D1;某传感器准度为C级, 最大检定分度数nmax=3 000, 这与力传感器用最大允许误差 (引用误差) 表示准确度等级的方式不同, 因为称重传感器是构成衡器的部件, 为了确保称重传感器计量特性评价体系与衡器的相统一[1], 国际法制计量组织 (OIML) R60国际建议《称重传感器计量规程》中将称传感器分为A、B、C、D四个等级, 并与传感器最大检定分度数或代表最大检定分度数的阿拉伯数字一起来表示称重传感器的准确度等级。那么C3级如果用最大允许误差表示, 相当于什么级别的力传感器呢?

称重传感器特性评价试验的技术文件有:OIML R60Edition 2000 (E) 《Metrological regulation for load cells》 (国际建议R60《称重传感器计量规程》2000版) 、GB/T 7551-2008《称重传感器》国家标准 (以下简称标准, 修改采用OIML R60) 和JJG 669-2003《称重传感器》国家计量检定规程 (以下简称规程, 等效采用OIML R60) 。在对称重传感器特性进行评价试验时所使用的测量标准器一般依据规程或标准中的相关特性要求, 测量标准器 (这里指的是力产生系统和用于观测传感器输出的指示仪表组合起来的测量系统) 的系统扩展不确定度U (包含因子k=2) [2], 应小于1/3倍被试验传感器的最大允许误差, 也就是常说的必须满足“3倍量传关系”。那么评价C3级的称重传感器的计量特性要用什么级别的力产生系统呢?

针对上述问题, 需要先理解几个重要概念, 然后再作分析。

1 误差包络线

规程中将传感器的非线性、滞后等特性进行综合考虑, 用允许的误差包络线表征传感器的特征, 如图1所示, 而不对给定特性规定其相应的误差限。使用误差包络线的意义在于得到所期望结果的同时, 能够平衡对整个测量误差有贡献的每个因素[2]

图1 称重传感器误差包络线示意图

图1 称重传感器误差包络线示意图  下载原图

误差包络线是以一条直线作为参比直线, 该直线是由传感器在20℃时 (参比条件) 首次递增加载试验中两个载荷点下, 传感器的输出来确定的。一个是最小载荷输出, 另一个是量程75%载荷时的输出[2,3]

2 称重传感器检定分度值与检定分度数

在称重传感器误差分析中会用到两个基本术语:检定分度值 (υ) 和检定分度数 (n) 。另外与之易混淆的两个术语是:最小检定分度值 (υmin) 和最大检定分度数 (nmax) , 这些定义在上述规程和国家标准中都有, 本文不再阐述。本文用一个比较形象的例子加以说明, 如:在一根1 m的钢直尺上, 可以找到的最小刻度为1 mm, 该值则可理解为最小检定分度值 (υmin) ;这个钢直尺上总共有一千个小刻度, 即1 000 mm, 该值可理解为最大检定分度数 (nmax) ;其上每10 mm处还有1 cm刻度线, 共100 cm, 该值可理解为检定分度值 (υ) 和检定分度数 (n) 。这四个参数符合下列关系:

3 称重传感器的最大允许误差

在评价称重传感器特性时, 以检定分度值 (υ) 为单位来表示传感器的误差。规程中将称重传感器分为:A、B、C、D四个级别, 并规定了每个级别的最大检定分度数 (nmax) 的极限范围, 如表1所示。

表1 不同级别的传感器最大检定分度数 (nmax)     下载原表

表1 不同级别的传感器最大检定分度数 (nmax)

每个级别的最大允许误差与规定的相应级别的传感器最大检定分度数 (nmax) 和传感器实际检定分度值 (υ) 以及分配系数 (PLC) 有关。根据传感器最大检定分度数分为三档 (即三个分度段) , 每档的最大允许误差分为:PLC×0.5υ、PLC×1.0υ、PLC×1.5υ, 如表2所示。分配系数由传感器制造者给出 (其值在0.3~0.8之间) , 未给出则默认为PLC=0.7。

称重传感器的最大允许误差可以是正误差, 也可以是负误差, 既适用于递增载荷, 也适用于递减载荷[3]

表2 最大允许误差 (mpe)     下载原表

表2 最大允许误差 (mpe)

4 测量标准器的准确度

以准确度为C3级的称重传感器为例 (分配系数PLC=0.7) 进行说明:C3表示C级, 3 000个分度。从表2中可以看出, 3 000分度处于C级的第三档, 该档的最大允许误差为:PLC×1.5υ。按照“3倍量传关系”, 测量标准器的最大允许误差为:

用相对误差表示为:

所以用于评价C3级称重传感器技术特性的测量标准器的准确度应优于0.012%。

如将C3级称重传感器的最大允许误差转换成引用误差, 则可表示为:

所以C3级的称重传感器大约相当于0.03级的力传感器。由此可以看出C级传感器代表着当前行业的顶级水平, B级、A级称重传感器还属于理想型传感器。能否突破技术瓶颈, 有待基础工业、测量及应用科技水平的进一步提高。

5 结束语

称重传感器特性评定试验较为复杂, 相关规程等技术文件中的一些概念性术语也不易理解, 整个试验过程耗时较长。希望本文能给同行提供些许帮助, 同时也希望同行业的专家们提出不同见解, 进行技术交流, 共同推动计量行业的发展。

Tags:地磅 责任编辑:admin
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