大质量比较仪偏载误差对地磅砝码检定的影响

大质量比较仪因其机械结构，易产生偏载误差。通过 500kgF1 等级砝码对 1T 大质量比较仪不同位置的偏载误差进行测试，分析测试数据，得到大质量比较仪偏载误差对砝码检定的影响。

1.引言

质量比较仪是根据测量弹性元件的变形和应变，或电磁力反馈平衡的原理制造的电子衡量设备。其主要用途是基于 ABA 或 ABBA 循环方式测量质量差值，用于砝码传递或其他测试特殊用途的高分辨率电子衡量设备。质量比较仪偏载误差是指砝码重心偏离质量比较仪秤盘中心而产生的误差。对于最大称量值 100kg 以上的大质量比较仪，由于其秤台面积较大，秤台与传感器之间采用框式结构连接，易产生偏载误差。

根据 《JJF 1326-2011 质量比较仪校准规范》对偏载误差的校准，是将砝码重心放置在长边和宽边平分线所形成的 4 块面积的中心位置 （如下图 1 所示），以此来定义质量比较仪的计量特性。在正常的砝码检定的过程中很少会有位置偏移这么大，而产生这么大偏载误差的情况。

而质量比较仪生产厂家通常给出的重复性指标是指砝码重复落在秤盘中心位置，而产生的重复性，并不给出偏载范围 （如表 1 所示）。这是在理想情况下的重复性。

本次研究通过使用 500kg 的 F1 等级砝码，对 1T 质量比较仪进行偏载误差的测试，选取离秤盘中心由近至远的几个等分点作为砝码的偏载点，在前后左右 4 个方向进行比较仪的偏载测试，分析各点偏载误差的数据，从而获得质量比较仪偏载误差对砝码检定的影响。

2.实验研究

本次实验使用 500kgF1 等级砝码 （其具体信息详见表 2），对被测 1T 质量比较仪 （其量程范围详见表 3） 进行重复性测试和偏载测试。

依据表 3 的数据计算得到该质量比较仪重复性为 S=0.3g。这一测量结果表示：质量比较仪在砝码量值传递过程中存在线性漂移。表 3 中 40 次重复测试的漂移极差值为 8.5g。然而通过 ABBA 的测量方式得到的重复性却未超过 0.5g， 可见 ABBA 循环有效的减少线性漂移引入的误差。同时这一测试结果表明在不考虑偏载的情况下，质量比较仪的重复性误差只有 0.3g，小于比较仪的实际分度值 0.5g。质量比较仪引入的重复性误差在 ABBA 方式进行砝码量值传递中影响极小。

偏载测试结果：

重复性实验之后，实验室采用同一 500kg 砝码对该质量比较仪进行偏载实验。砝码按图 3 的所示的位置，以 5cm、10cm、15cm、20cm 的距离逐渐偏离秤盘中心。各偏离位置的测量结果如表 4~ 表 7 所示。

质量比较仪会产生偏载误差，偏移 5cm 产生的最大偏载误差为 15.3g，偏移 20cm 产生的最大偏载误差为 127.5g。远大于重复性误差，甚至超出线性漂移产生的误差。

偏载在各个方向产生误差大小不一，误差方向不同。前后方向误差均为正值，左右方向误差为一正一负。

4 个方向的误差没有对称性，也没有其他相关性。

通过分析各反向偏载距离对偏载值的影响，得到下图 （图 4） 不同偏载距离下偏载误差变化趋势图

从上图 （图 4） 可以看出：

偏载误差与偏载距离正相关，偏载距离越大，偏载误差越大。

偏载误差随偏载距离为非线性增长，更接近于级数增长。即伴随偏载距离增加，偏载误差增长速度越快。

4 .结论

本次实验根据 《JJF 1326-2011 质量比较仪校准规范》 的要求，使用 500kgF1 等级砝码对 1T 质量比较仪进行重复性测试和偏载测试，研究了偏载距离由小至大对偏载值的影响。通过以上测试和对测试数据的分析可以看出：质量比较仪的中心重复性误差很小，而且线性漂移的影响可通过ABBA 多次循环测量的方式消除。然而质量比较仪的偏载误差较大，且与偏载距离正相关，随偏载距离的增加，呈级数级增长。因此偏载误差对砝码检定和量值传递影响远大于重复性误差的影响。在砝码检定和量值传递过程中，需控制砝码重心落在质量比较仪中心，才能进行有效的量值传递。