第五届全国称重技术研讨会论文集

    [前言] 随着大型衡器的不断增多，近年来针对大型衡器的检测工作，各行业的专业人员根据个人工作实践经验，提出不少行之有效的测试方法。在此谈一点个人的想法。任何一种检测方法要具有生命力，首先是在理论上可行，其次是有法律支持，三是使用方便。下文就几种检测方法进行分析、比较和探讨的同时，与同行商榷。

    关键词：大型衡器 检测

一、 问题的提出

    1.大型衡器的概念
    近年来随着工业经济在生产工艺过程中对产品质量的要求提高，在一些重点工序中要求一些专用衡器，特别是在冶金、石化、煤炭几个行业，大型衡器已由称量几十吨发展至几百吨，个别地方还有上千吨的载荷量。同时，物流业的迅速发展，特别是高速公路的不断普及，公路运输业也相应得到提高，大吨位载重汽车每车的运输量已超过百吨。这样上百吨的汽车衡，几百吨的轨道衡，几百吨的天车秤、车载秤，以及上千吨的料斗（罐）秤也应运而生。
    大型衡器目前已制造出来，并已经投入运行了，其准确度如何呢？有的讲运行正常，有的讲说不清。究其原因是没有相应的检测方法，从而使制造者和使用者两家都讲不清。

    2.目前的检测条件
    由于长期以来国家在计量基础建设方面投资不足，造成一些县级计量检定单位的标准器具严重不足，许多衡器检定站只有5～10吨左右20kg的小砝码。即是省级市也只有30吨左右的汽车检衡车一辆。相对来讲一些有独立检定权责的特大型企业，其检测手段比较齐备，不但有一定量的吨级砝码，还有比较稳定的替代物。
    对于专用衡器来讲，标准器足不足是一个问题，另一个问题是检测时安放标准器的位置。绝大多数专用衡器由于受到使用现场空间的影响，无法预先设计出安放标准器的机构，这也构成必须考虑特殊检测方法的原因。

    3.标准器的搬运问题
    即是有了足够量的标准砝码，是否就能方便地检测一台大型衡器呢？除了应考虑这些砝码的装卸问题之外，砝码的运输也是应认真对待的。在运输费用之外，运输安全性是制约砝码不能长途运输的主要问题。因为砝码在车厢内必须固定，吨级砝码相对比公斤级砝码容易固定一些。但是由于普通车辆的车厢内没有专用定位架，在运输过程中很容易发生位移，从而造成车辆偏载，发生翻车。

二、 衡器准确度的条件

    衡器保证准确度的条件为：设计制造的合理，使用环境正常，通过检定而量值传递准确。

    1.正确的量值传递
    在JJG555-96《非自动秤通用检定规程》中，针对贸易结算用衡器可以用两种方法来检测。一种是用足量的标准砝码，但检定衡器用标准砝码的误差，应不大于衡器相应秤量最大允许误差的1/3；一种是按规定的“替代物”，允许用少量标准砝码和替代物结合使用。
    替代法规定：当被测试秤最大称量大于1t时，可使用其它恒定载荷替代标准砝码，前提是至少具备1t标准砝码，或是最大称量50%的标准砝码，两者中应取其大者。在以下条件下，标准砝码的数量可以减少，而不是最大称量的50%。
    若重复性误差不大于0.3e，可减少至最大称量的35%；
    若重复性误差不大于0.2e，可减少至最大称量的20%；
    重复性误差是将约为最大称量50%的载荷，在承载器上施加三次来确定的。

    最大称量的35%时需要替代两次，即

    最大秤量的20%时需要替代四次，即

    2.合理的设计制造
    在质量保证体系文件中，明确指出任何产品的质量是设计出来的，衡器这类产品也不例外。要想保证一台衡器的使用准确度，必须确保组成衡器的四部分的质量。即，保证承载器的刚度、强度；保证基础（包括结构）的承载力和平整性；保证称重显示仪表的线性、灵敏性、稳定性；保证称重传感器的准确度、可靠性等等。
    (1)承载器的刚度、强度
    常规设计时，承载器的承载力应按极限情况考虑。例如，料斗秤应考虑到给料结构失控时，物料溢出容器的情况；汽车衡的承载器应考虑到特种车辆，特别是短轴距大载荷的车辆，这种车的最大载荷可能没有超出汽车衡的最大称量，但轴载对承载器局部的作用力则很大，如果按此种情况考虑，承载器结构用材料必然很多。所以，通常在合理选择称重传感器的基础上，承载器的刚度一般在1/600-1/1000。
    但是，对目前的检定规程来讲，当使用标准砝码检定时，要求：使用质量大的砝码，注意不要在放置区域形成不必要的叠放；如果使用多个小砝码，要均匀地分布在整个区域。这样一来，刚度在1/300左右的汽车衡承载器在检测时，其计量准确度也能达到规程中规定的中准确度级（3级）衡器的允差要求，这恐怕就是规程的缺陷。所以建议在今后修订规程时，其检测条件中应增加砝码堆放位置和数量的要求。

    (2)标准器的安放位置
    在国际法制计量组织（OIML）R107《非连续累计自动衡器》国际建议和R61《重力式自动装料衡器》国际建议，都要求承载器应配备相应的位置或设施，便于安全可靠放置规定量的砝码或替代物。
    《非连续累计自动衡器》是这样规定的：衡器的承载器应有便于放置表中标准砝码数量的装置。
    《重力式自动装料衡器》是这样规定的：承载器应留有放置最大秤量试验砝码或质量块的位置或设施，以便安全可靠地放置砝码或质量块。
    而其他许多产品的标准中没有类似的要求，更有许多产品由于受空间位置所限，虽然称量值较大，但其承载器太小，根本无法考虑标准器的放置位置问题。当然，也有一些产品是由于设计者缺乏经验，忽视了衡器的检测问题。

    3.正确的检测方法
    在JJG555-96《非自动秤通用检定规程》中针对“偏载”检测，介绍了承载器四种情况下的不同检测方法，比较全面的囊括了目前存在的各种衡器的偏载检测问题。但是在执行中还存在不少问题。
    (1)汽车衡的检测
    如前所述，汽车衡承载器常规设计时其刚度应在1/600以上。但是，刚度1/300的承载器也能通过计量性能检测的实际情况，就说明规程存在漏洞，或是我们目前所执行的方法不当。
    规程中讲：对于称量滚动载荷的衡器，应在承载器的不同位置上施加标准质量滚动载荷，其载荷约等于通常最重且最集中的滚动载荷，但应不大于最大秤量与最大添加皮重量之和的0.8。
    试想，如果汽车衡按此条规定进行检测，承载器刚度低的产品必定难逃不合格的命运。即是，按交通部2号令中的车辆最大的额定载荷标准，三联轴（每侧双轮胎）载重质量为22t的载重加载，对于刚度低于1/600的承载器，当载荷加在两对支撑点之间时，其计量准确度也是很难保证的。
    (2)轨道衡的检测
    在《数字指示轨道衡》计量检定规程中规定：对于偏载检定，当使用T6F砝码检衡车时，砝码小车重约为24t；对于称量性能检定，要求按秤量由自行秤量到最大秤量的顺序进行，且应包括500e和2000e的秤量点。对于用砝码小车24t进行七点检测，一般结构的承载器都能保证其计量性能。
    而对于2000e的秤量点，当e=20kg时，恰好该点重量为40t。用T6F检衡车进行检测，一般会很顺利合格通过。如用砝码小车40t进行检测，就会带来问题。因为规程中没有明确检测设备，也没有明确检测车辆停放位置。假如40t的砝码小车停放在支撑点上方，可能不会有较大误差，但是当砝码小车停放在两个支撑点中间时，或者在承载梁的中间时，那么会出现什么情况呢？结果是可想而知的。
    (3)特殊衡器的检测
    除了大量的通用衡器之外，还有一些量大面广的特殊衡器，这些衡器有的是称量较大而承载器较小；有的没有常规的明显的承载器。无法设计放置标准砝码的结构，或只能放置一部分砝码。
    ① 轮重仪的检测
    当一套（两个轮重仪）单轴称量系统用于超载检测时，在受控区域内使用前必须对其进行计量性能检测，每个轮重仪的最大秤量是15t，而其面积只有0.4×0.7m2,如何检测最大秤量的计量准确度？有的朋友可能会说，在出厂之前是用叠加法已经测试合格，到现场没必要再测了。这是不对的，因为轮重仪的基础改变了，其测试条件也就改变了。通常采用的方法是，在两块轮重仪上加放附加台板，以扩大承载面积。
    ② 不断轨轨道衡的检测
    在这里讲的不断轨轨道衡不是指铁路上使用的那种产品，是指冶金行业中使用的煤塔秤。因为在这里使用的不断轨轨道衡是静态计量，其必须进行静态检测。通常煤塔秤的最大秤量为一百多吨，即是被称量的煤炭净重也有几十吨，如果也在两根称重轨上加放附加台板，再向上加砝码或替代物，检测起来非常麻烦。
    ③ 钢包秤的检测
    钢包秤作为冶炼过程中必备的计量设备，常用的形式是称重模块式。如果将称重模块安装到大包迥转台上或钢包车上后，再用标准砝码对其计量性能进行测试时，根本就没有安放砝码的地方。不要说标准砝码法了，就是用替代法也是比较困难的（当然，如果将标准砝码放在大包内也是可以的，但标准块的取放也不方便）。
    最好的方法是叠加法，先在工厂内测试，通常是同时对一套系统进行测试，而后直接安装在支架上使用。因为钢包秤的允许使用误差较大，即是存在较大偏差，也不会影响正常使用。

三、 几种检测方法比较

    在这部分内我想将检测方法分为两块，一块是在规程中被认可的，一块是我们这次需要探讨的。
    1.符合法规的方法
    根据计量法，在计量检定规程中被认可的检测方法有以下几种：
    (1)标准砝码法
    标准砝码法即是使用砝码检测被检衡器的全部计量性能，所使用砝码的误差必须是被检衡器相应秤量值最大允许误差的1/3。但是对于被检定衡器，在首次检定时必须测试最大秤量的称量准确度，而在后续检定时称量测试可根据实际使用情况，如果不测试至最大秤量，至少测试至2/3最大秤量。这样对于大型衡器来讲就需几十吨，甚至上百吨的标准砝码，如前所述目前各地计量监督部门根本没有如此多的标准砝码，其只好采用替代法，或只检测到前面的部分量程。
    (2)标准砝码的替代
    当被检衡器最大秤量大于1t时，没有足够多的标准砝码检测衡器全部计量性能时，允许使用其他恒定载荷替代标准砝码，其前提是至少具备1t标准砝码，或者是最大秤量50%的标准砝码，两者中应取其大者。在满足以下条件时，标准砝码的数量可以减少，而不是最大秤量的50%。
    若衡器的重复性误差不大于0.3e，可减少至最大秤量的35%；
    若衡器的重复性误差不大于0.2e，可减少至最大秤量的20%；
    重复性误差是将约为最大秤量50%的载荷，在承载器上施加三次来确定的。
    如前所述，采用最大秤量的35%的标准砝码需要替代两次，采用最大秤量的20%的标准砝码需要替代四次。在目前一百吨、八十吨大型衡器如此普及的情况下，即是使用35%的标准砝码替代两次，也需要较长的时间和较大的人力物力。更何况随着测试时间的加长，会将一些无关的误差带到称量误差中来。再则，根据以上规定，当只有十吨以下标准砝码的县级计量管理部门，在检测五十吨以上衡器时也无法采用此方法。
    (3)集成式检测方法
    在国际法制计量组织所制定的R61《重力式自动装料衡器》、R107《非连续累计式自动衡器》和R134《动态公路车辆自动衡器》三个国际建议中分别都提到了一种检测方法，即“集成检定法”。这种方法是使用被测衡器的自有装置确定被称物品质量的约定真值，主要用于检测被测衡器的动态称量准确度指标。
    使用这种检测方法的前提，一是要求被测衡器的静态称量准确度必须达到一定指标，并且要有一定的软件和硬件条件来保证检测过程正常运行。二是集成式检测方法是针对自动衡器使用的。
    2.需要进行探讨的方法
    鉴于目前我国在检测大型电子衡器中存在的问题，我想在此探讨几种检测方法的可行性，以解决检测中出现的一些难题。
    (1)叠加法（比对法）
    在1982年首次提出用叠加式标准机检测负荷传感器的工作原理和实施途径以来，1989年被列入力值计量器具检定系统框图，1992年叠加式力标准机检定规程分布实施以来，叠加式标准机已在全国各传感器生产单位普遍得到使用。
    叠加法可以检测准确度高于衡器的称重传感器，为什么不能用来检测衡器呢？
    这里首先是一个立法问题。即在有关检定规程中确立叠加法检定衡器的可行性地位；其次是具体的检测方法和步骤问题，即如何检测偏载，如何进行不同称量值的性能检测，如何进行鉴别力的检测等等；关键是衡器本身的结构如何满足这种方法的实施问题。
    如果用叠加法来检测一台衡器的方法可行，那么检衡车上拉的就不是标准砝码，而是液压系统和检测结构了。这不论从载重量上，还是运输的安全性上都好的多。
    当然，用叠加法检测衡器还有一些技术问题有待解决。
    ① 检测结构的问题
    对于偏载检测，检测用结构比较简单，对于称量检测，其检测用结构就比较复杂和笨重了。
    ② 关于加载点问题
    对于偏载检测，检测时加载点是作用在称重传感器上方的承载器上的；但对于各称量点准确度检测时，其检测点与承载器接触面积也不会大，最大也仅仅是作用在一条线上，不可能象砝码一样有较大面积的压在承载器上。由此可以想像到，用叠加法检测衡器称量准确度的这个方法，对承载器的刚度、强度要求比用砝码法高的多。
    ③ 以点代面问题
    偏载检测时所用载荷量是该衡器最大秤量的1/n-1，也就是讲，几个称量点所用载荷量的总量大于该衡的最大秤量。是否可以这样认为，当一台衡器在偏载检测合格后，其称量准确度就不必再检测了（当然，这是建立在承载器结构的刚度设计合格的前提之下）。
    ④ 标准问题
    我想要在大型衡器上采用“叠加法”检测其计量性能取得合法地位，如前面所讲的立法问题，就是要首先制定一部相关的产品标准和产品检定规程。用产品标准对有关衡器的结构进行规范；用产品检定规程对有关的检测器具、标准器提出要求，使检测程序、检测方法和检测部位规范化。
    在过去的几十年中一些企业已将“叠加法”的检测方法应用到非贸易结算的衡器上，并且取得大量经验，我们可以在专用杂志和论文集中看到它们的身影。经过如此长时间了，为什么没有将此法推广开来？其主要原因可能就是没有给此法正名吧。
    ⑤ 力源的稳定问题
    力源的稳定性是反映系统控制性能的重要指标，也关系到整机计量性能的准确度问题。许多地方使用简单的液压千斤顶作为力源，使用叠加法检测衡器，由于各个环节在外力作用下都在发生变形，所以作用于传力系统上的力是弹性的，这样从称重显示器上就读不到一个稳定的示值，很难说清楚测量的准确度是多少了。目前在叠加式力标准机上用于补偿力值变化的方法，主要有压电陶瓷装置和电液伺服控制装置。但是使用这两种控制装置的叠加检测系统造价比较高，推广使用比较困难，建议研制普及型的产品。
    (2)计算法
    ① 理论基础：
    计算法的理论基础是：

    ② 方法步骤：
       a 首先，检测出空载状态时的输出信号值；
       b 其次，加1/10最大秤量标准砝码，并检测出此时的输出信号值；
       c 然后，再连续加两个1/10最大秤量标准砝码，检测出此时的输出信号值，并比较其线性；
       d 如果有条件，可再加一定量值的标准砝码，测出其输出信号值，且与前线性进行比较。
    ③ 相关影响量：
       a 供桥电压的偏差值修正；
       b 称重传感器灵敏度偏差值修正。
    ④ 基本条件：
    采用计算法的前提条件是生产地位必须提供以下基本器件的相关参数：
       a 称重传感器准确度是多少；
       b 称重显示控制器线性指标是多少；
       c 承载器设计刚度的计算数据；
       d 衡器基础的承载力要足够。
    也可以讲，计算法是一种综合控制法，我们可以根据制造单位所提供的承载器计算参数，将有限的标准砝码集中放置于承载器的局部位置，用百分表或钢尺测量出承载器的变形量，来核对制造单位所提供的计算参数，这样检测者不但得到该称量值的计量误差，也同时得到该衡的承载能力指标。
    (3)工厂检测法
    有些朋友认为数字式衡器可以在出厂前将有关参数设置进称重显示器和数字式传感器中，产品到使用现场就没有必要测试了。这种方法对于允许误差大的产品，可能是可行的。但由于受到产品结构和现场安装条件的限制，可能测试结果会超出最大允许误差，不易推行。
    ① 称重传感器安装位置有偏差，各只称重传感器的承受载荷有不同变化；
    ② 承载器设计结构与实际有出入；
    ③ 加工工艺控制有问题，承载器结构形变大小不一；
    ④ 基础高度不一致；
    ⑤ 基础施工工艺控制有问题等。

    3.几种检测方法的比较
    为了方便的比较各种检测方法，特从它们的适用范围、使用效果、使用成本几个方面进行比较。

四、 今后的工作

    1.立法问题
    今后我们需要做的首要工作是立法工作。
    在《中华人民共和国标准化法》中规定：工业产品的设计、生产、检验、包装、储存、运输、使用的方法或者生产、储存、运输过程中的安全、卫生要求应当制定标准。
    在《中华人民共和国计量法》中规定：计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统由国务院计量行政部门制定。计量检定必须执行计量检定规程。
    在R76《非自动衡器》国际建议中针对检定标准器的问题，列出三条内容，一是砝码、二是辅助检定装置、三是标准砝码的替代。其中3.7.2辅助检定装置中规定：如果衡器配备辅助检定装置，或以单独的辅助装置检定时，则该装置的最大允许误差应为所检载荷最大允许误差的1/3。
    而这个内容在JJG555-96《非自动秤通用检定规程》中是没有的，这也就是我们要求立法的依据。“辅助检定装置”是一种什么样的东西呢，这在国际建议中没有讲，但其讲：该装置的最大允许误差应为所检载荷最大允许误差的1/3。那么，我们前面所讲的几种方法是否可行，是否还有其他方法呢？这就应在立法前对这些方法进行测试筛选。

    2.数据测试
    建议在修订产品标准和检定规程之前，国家有关行政管理部门应组织有关专家，针对几种采用辅助检定装置检测的方法进行研究分析，对行之有效的方法定出鉴定大纲，然后再组织人员进行较大范围的测试，在对此数据进行分析后再交有关技术委员会研究。
    以上是个人一点不成熟的想法，在此写出来与同行交流的目的是为了抛砖引玉，大家集思广益，使大型衡器的检测工作简单、可靠且准确。

参考文献

    1.国际法制计量组织 R76《非自动衡器》
    2.国际法制计量组织 R61《重力式自动装料衡器》
    3.国际法制计量组织 R107《非连续累计自动衡器》
    4.国际法制计量组织 R134《动态公路车辆自动衡器》
    5.JJG555-96《非自动秤通用检定规程》
    6.JJG539-97《数字指示秤》
    7.陈龙海 平台秤非砝码检定方法的探讨 全国第二届测力与称重技术学习论文会 论文集
    8.夏国泰 大中型衡器非砝码校验的探讨 全国第二届测力与称重技术学习论文会 论文集
    9.陈先林 对电子衡器生产厂家的两点建议 衡器 2004年 第4期
    10.肖兴华 料斗电子秤非砝码校准方法 计量信息报 2004年第496期
    11.谢显奇 叠加式力标准机在衡器行业的应用和进展 首届全国称重技术研讨会 论文集

<全文完>