本项目旨在利用现代的电子技术和传感技术研究一种地磅的快速检 定方法，以解决现实中砝码检定不能满量程检定、效率低下、费用高的问题。

一、项目内容

本项目旨在利用现代的电子技术和传感技术 研究一种地磅的快速检定方法，以解决现 实中砝码检定不能满量程检定、效率低下、费用 高的问题。

二、地磅检定方法现状及本检定装置的意义

本检定装置以下简称检定仪。

国内外技术水平现状：当前国内外衡器检定 所使用的方法均采用砝码（比较先进的标准器为 检衡车做标准器，此标准器在实际使用中存在 以下几点不足：

1.现实中很难达到检定规程的要求：依据现 行衡器检定规程，检定一台衡器一般需要满量程 一半的标准砝码，即检定100吨地中衡需要砝码 50吨，而各地县级计量测试机构所配备的砝码一 般在5吨左右，不用替代法，只能检定满量程的 1/20,严重违反检定规程；随着经济的发展，80 吨、100吨大型衡器日益增多，此问题急需解决。

2.现行检定方法效率低下：以现行方法检定 大型衡器，即使在上述违反检定规程的情况下， —天最多检定两台大型衡器；随着经济的快速发 展，大型衡器用户数量猛增，为此必须寻找一种 方法替代现行检定手段。

3.检定费用高：现行检定方法需人力搬倒或 需起重设备，大型衡器用户在检定时需投入大量 人力、物力和财力。

本检定装置的意义：可替代现行衡器检定采 用的砝码威检衡车,解决现行检定方法存在的 实际问题，开创衡器检定新方法。

三、基本原理

以加力装置对地磅快速检定仪（以下 简称“检定仪”传感器和被检定衡器传感器同时 进行串联加压，传感器输出信号分别进入检定仪 称重显示器和被检定衡器称重显示器，比较检定 仪和被检定衡器示值以确定被检定衡器之误差。

四、检定仪的结构

具体结构：以千斤顶加力方式为例。系统由 高精度称重传感器、高精度称重显示仪表、加力 支架反力架、加力装置组成，如图1所示。千 斤顶慢慢升起，通过反力支架产生力，此力又施加在检定仪称重传感器和地磅传感器上， 两个系统的传感器产生的信号分别进入检定仪显 示仪表和地磅显示仪表，比较地磅显示仪表的示值与检定仪显示仪表的示值，其示 值的差值即为地磅的误差。

五、检定仪的适用范围

本检定仪适用于安装有桥式传感器的地磅，且该地磅的传感器上方有开口，桥 式传感器倒装。

按照地磅传感器的安装方式，可分为 传感器正放和反放。当进行称重时秤体产生弯曲 变形，此变形对称重结果会产生误差。变形对两 种电子汽车衡称量结果产生不一样，对反放的结 果影响为10-7数量级，对于衡器允许误差为10-4 来说可以忽略不计璉论计算见《衡器》2004年 第三期《秤体弯曲变形对两种不同结构的电子汽 车衡的影响》-文；对正放产生的误差，实验表 明可达到7x 10-5,对于衡器允许误差为10-4来说 不可以忽略璉论计算见《衡器》2004年第三期 《秤体弯曲变形对两种不同结构的电子汽车衡的影 响》-文。

六、系统的研制及技术指标：

目标：检定仪能达到能够检定丨丨丨级衡器的要求。

加力系统由4-8套相同加力装置组成，单 个加力系统承受196kN的压力。

称重传感器:非线性0.01%、蠕变0.02%、 滞后0.02%、重复性0.01%、温度对灵敏度的影响

01%/10K、稳定性 0.02%/ 年。

称重显示器：米用综合误差为0.001%的称 重显示器。

单个加压系统需提供196kN压力。

加压方式：蜗轮蜗杆方式，速比为1 : 500 ; 或者采用千斤顶方式，千斤顶满负荷为20吨。

反力架的设计：要求承受196kN拉力。

尺寸：长、宽400mm,高1100mm

材料：工程塑料或钢材

标准传感器的安装水平度小于1 : 500。

确保所加压力铅直装置：要求压力方向与 铅垂线夹角小于0.57度或更小：0.11度。

传感器在安装时，要保证受力点在中心 上下轴碗偏差不大于0.5mni

标准称重显示器内部设置 力 质量转换功

能，根据当地纬度和海拔计算当地重力加速度①。

为减小传感器的蠕变误差，在检定时， 统一规定加压时间为10± 5分钟②，在标定检定 系统时也规定加压时间为10分钟，这样由于蠕变 产生的相对误差减小到± 5x 10-5。

为减小温度对灵敏度的影响，标准装置 在标定时按温度段进行标定，从-10°C至+30°C每 20°C为一段进行标定（以适应于-10°C至+40°C的 使用环境。

七、检定仪与砝码的对比实验

(―原理：检定仪通过质量传体系进行标定和 检定后，用检定仪和砝码分别对同一检定合格的 电子汽车衡进行检定，测出砝码与该电子汽车衡的 示值差和检定仪与电子汽车衡的示值差。

(二实验数据如表1、表2、表3所示

(三实验总结

实验结果的线性和重复性都比较理想。

砝码和检定仪之间的差值在各个秤量都接 近0.01%,很明显存在系统误差。

八、不确定度的验证以实验时用的设备进 行计算

(―使用检定仪检定衡器的不确定度分析

1.测量方法：用检定仪的量值作为标准值进行检定。其示值误差是被检定衡器的示值与标准 值进行比较，按公式进行计算。

2.数学模型

地磅的示值误差由下式得到：

E=I- m

式中：E—地磅的示值误差，kg

I—地磅的显示值某一检定点,kg

u c 检定=uI}+ ? u2(n)

3.方差和灵敏度系数 依方程：

标准不确定度一览表以8吨为例如表4

标准不确定度分量的分析与计算以8吨为例。

定为1千克(或者使用小砝码通过闪变点确定示 值),所以其数字分辨力为1kg,设其服从均匀分 布，则

吨)=0.5/姨 2示值重复性引入的不确定度分量 由上述实验数据可知：M(/2)=2.58kg 3零点误差引入的不确定度分量：

由实验过程观察可知道，零点在-3?+3千克 之间变化，设其符合正态分布，则零点引入的不 确定度分量为 1kg。

以上分量线性无关，则

U(If=U(I i)2+M(/2)2+M(/3)2

u(1)=姨0.28872+2.582+12

u(1)=2.8266kg

(2检定仪引入的不确定度分量

a.标定过程

1传感器的引入误差：

由实验记录可知：本实验传感器对实验结果 有影响的因素为：非线性、重复性、蠕变，故传 感器的综合误差为0.01732%。

4只传感器的综合误差为30x 103x 1.73 2x

10-4/姨4kg,设误差服从正态分布，则相应不确 定度分量为：u(1)=0.866kg。

2称重显示器引入的误差：

示值误差：因为综合误差为1x 10-4,所以示 值误差为：30x 103x 1x 10-4kg,设误差服从为正 态分布，则相应不确定度分量为：u(31)=1kg。

数字示值分辨力：因为分度值为1kg,设误差 服从为均匀分布，则相应不确定度分量为：u(32)=

|kg。

姨

零点误差：因为分度值为10kg,但是现在设 为1千克，造成零点波动，波动范围在-2?+2千

克之间，所以零点误差为：2kg,设误差服从均匀分布，则相应不确定度分量：u(33)=—2一kg。

3砝码：8吨M1级砝码的不确定度为：u (61)=0.1414kg,设该误差服从正态分布，则标准不 确定度为 u(61)=0.0471kg。

4台面及连接件：因a.不知道这方面有多大 影响，b.台面强度和刚度足够高，且标定时砝码放 在四角，估计这方面产生的误差不大，所以暂时 不考虑。

b.使用过程反力架引入的误差：

压力偏离重力方向产生的误差：因为单个反力 架偏轴产生的相对误差为1.6x 10-5,所以四只产生

的误差为：8x 103x 16x 10-5 =0.0640kg,设此误差

为均匀分布，不确定度分量均为：u(211)=0.0370kg。

偏心误差：因为单个反力架偏心产生的相对 误差为5 x 10-5,所以四只产生的误差为：

8X 103x 5X 10-5 =0.20 00kg,设此误差分布为均匀

姨

分布，则相应不确定度分量均为：u (22)=

10x 103x 5X 10-5 =0.1155kg。

姨3 x姨6

所以检定仪引入的不确定度分量为：

uc=/u2+u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 +u 2 c V 1 31 32 33 61 211 22

uc=a/0.86 62+12+(~貢)+(~^~)+(0.0471)+0.03702+0.11552

V V3 V

=1.7843kg

合成不确定度： uc=3.3050kg

扩展不确定度(k=2)

U95=2x 3.3051=6.6102kg 二使用砝码检定衡器的不确定度分析

同理计算，可得?=1.9110kg, U95=1.911 x 2 3.8220kg

不确定度验证部分

由实验结果可知：|Y2-Y1|=0.083kg

姨 u 2+u 1 =姨6.6 1 02+3.8222 =7.63 54kg

秤量的不确定度可以满足检定III级的要求。

同理可验证其他秤量，如表5所示：（k=2) 所以在所有的秤量上，检定仪的不确定度均 能够满足检定III级衡器的要求。

九、结论

由理论计算和实验验证可知，本检定装置能 够满足III级衡器检定规程对标准器的误差要求。

十、产品应用前景及效益 ㈠社会效益：

解决大型衡器检定中的砝码不足的问题。

可提高工作效率：与砝码检定相比，可提 高2.5倍。

3.开创衡器检定新方法。

(二经济效益分析：设备量程100吨，使用 寿命为10年计算；区域内有衡器100台，检定周 期为㈠年，衡器最大量程150吨，平均量程为60 吨，以检定区域半径25公里计算。比较列表6所 示：单位万元。

由表6计算可知：使用检定仪的费用最低， 为76万元，其次为砝码，为139.25万元，使用衡车费用最高，为141.75万元。使用检定仪和砝 码比较，使用检定仪10年可以为国家节约63.25 万元费用，与检衡车相比，可以节约65.75万元。 如果按全国有2000个检定机构计算，10年可为国 家至少节约费用12.65亿元。