地磅偏載誤差分析及其對稱量不確定度的影響

隨著我國社會經濟的逐步發展，原有的機械式秤被電子秤代替，電子稱有直觀、快捷、平時維護方便等優點，所以地磅廣泛應用于商業貿易計量行業。本文介紹了地磅的產生偏載誤差的原因，以及地磅檢定中因偏載引起的不確定度分量對稱量結果的影響。

地磅的誤差是對稱量結果準確度的定量描述，地磅在應用中經常會遇到誤差問題。這不僅影響地磅使用的可靠性，也不同程度的損害地磅使用著的利益。地磅作為貿易結算用計量器具，必須進行周期檢定。偏載誤差作為周期檢定時必須檢定的項目，研究地磅偏載誤差來源分析，掌握其誤差來源有助于提高地磅檢定工作的質量和效率。

一、地磅偏載誤差來源

1.地磅就是將物體的質量垂直作用在秤臺上，秤臺將質量傳遞給傳感器，使傳感器的彈性體產生變形，進而使貼于彈性體上并組成惠斯登電橋應變計的阻值發生變化，電橋平衡受到破壞，輸出一個與大小成線性關系的電壓信號，由于每只傳感器的靈敏度不同，故在同一質量的作用下，每只傳感器電壓輸出略有差別，影響秤的一致性，故需在系統中接入一個接線盒，使每只傳感器的輸出信號調成一致，從接線盒輸出的有效性電壓信號接入稱重顯示器，再經 A/D 轉換為數字信號，由儀表的微處理機（CPU）對重量信號進行處理后直接顯示重量數據。

2.地磅偏載測試的目的是評價同一砝碼放在稱重臺不同位置上與放在中心位置上的一致程度。產生偏載誤差的主要原因如下:

①限位和承載器的剛度、強度和塔接處結構結構以及間隙不滿足要求。地磅出廠隨機文件明確規定，限位間隙應保持在 3mm 左右，太大了會影響衡器的稱量性能，太小了可能溫度變化會使縱向限位頂死；稱重臺變形、基礎塌陷,稱重臺與基礎的結構造成了偏載誤差。

②使用稱重傳感器不同所產生的偏差。地磅有多個稱重傳感器,由于稱重傳感器的彈性體和電阻應變計等關鍵材料的差異,以及制造工藝方面還不完善, 稱重傳感器的非線性指標不一致，每個稱重傳感器的絕對靈敏度就有所不同,造成相同的激勵電壓,各稱重傳感器的信號輸出不一樣，因此產生偏載誤差。

③稱重臺摩擦也是是造成偏載誤差的原因。摩擦是造成誤差的重要因素,摩擦影響力的傳遞,這樣加載時的重量不能完全作用到稱重傳感器上。

④安裝調試不合格，稱重傳感器安裝要求“橫平豎直”。如果是柱式稱重傳感器安裝在大型地磅上，當環境溫度發生變化，由于受到熱漲冷縮會改變當初的“橫平豎直”，致使其抗偏載性能變差，導致偏載誤差產生。

二、地磅偏載誤差對稱量不確定度的影響

1.數學模型

E=I+0.5e-△m-m

式中：E—誤差；I—示值；e—檢定分度值；△m—附加小砝碼；

m—砝碼。

2.被測對象

SCS-30 地磅Ⅲ級，最大稱量 30t，檢定分度值 10kg，4 只傳感器。

3.測量方法

根據 JJG539-97《數字指示秤檢定規程》用 M1 級砝碼作為標準值與地磅化整值進行比較，在最小稱量、最大稱量進行不確定度的評定。

4.地磅偏載誤差不確定度 up 電子汽車衡 SCS-30 在進行偏載測試時是將最大稱量 1/3 的砝碼均勻放置在 1/4 的承載臺面上，最大值與最小值一般不會超過相應稱量的允許誤差，半寬 a=0.5e,假設其誤差為偏載測試的 1/3 并服從均勻分布，包含因子 k=,可得 up=0.5e/3=0.1e。地磅 SCS-30偏載測試時，10t 砝碼在 1/4 的承載面內均勻放置，本次測試數據為如下：①6kg;②4kg;③8kg;④-2kg。其平均值為 4kg，并服從均勻分布，可得各角偏載的半寬為：a1 =（6-4）/2kg=1kg;a2=0kg;a3=2kg;a4=3kg ,包含因子 k=,因此在 10t 時各偏載的不確定度分別為;up1=a1/0.58kg;up2(可忽略)；up3=1.15kg;up4=1.73kg。

5.在最小稱量測試時各偏載的不確定度 umin 中準確度等級的最小稱量為 20e,在 200kg 稱量重復性測試時，分擔在每只傳感器上的質量為 50kg，而偏載時用 10t 砝碼，最小稱量分擔在每個傳感器上的質量為偏載時的 0.5％，其相應半寬分別為:amin1=0.5%a1=0.5％kg=0.005kg;amin2=0kg;amin3=0.011kg;amin4=0.015kg，并服從均勻分布，包含因子 k=。因此，在最小稱量 400kg 時各偏載的不確定度分別為：umin1= amin1 0.0029kg (可略);umin2 (可忽略)；umin3=0.0063kg(可忽略)；umin6=0.0087kg(可忽略)。

總之，umin= umin1+ umin2+ umin3+ umin4 =0.018kg。

6.在最大稱量測試時各偏載的不確定度 umax 地磅在 30t 稱量重復性測試時，分擔在每只傳感器上的質量為 7.5t，而偏載時用 10t 砝碼，最大稱量分擔在每個傳感器上的質量為偏載時的 75％，其相應半寬分別為：amin1=0.75a1=0.75kg=0.75kg; amin2=0kg;amin3=1.5kg;amin4=2.25kg，并服從均勻分布，包含因子 k=。因此，在最大稱量 30t 時各偏載的不確定度分別:Umax1=0. 75kg=0.43kg;umax2(可忽略)；umin3=0.87kg；umin4=1.30kg。

總之，umax= umax1+ umax2+ umax3+ umax4=2.6kg。在日常檢定中，在小稱量時偏載的影響小，可以忽略；在大稱量時偏載影響較大。