大質量比較儀偏載誤差對地磅砝碼檢定的影響

大質量比較儀因其機械結構，易產生偏載誤差。通過 500kgF1 等級砝碼對 1T 大質量比較儀不同位置的偏載誤差進行測試，分析測試數據，得到大質量比較儀偏載誤差對砝碼檢定的影響。

1.引言

質量比較儀是根據測量彈性元件的變形和應變，或電磁力反饋平衡的原理制造的電子衡量設備。其主要用途是基于 ABA 或 ABBA 循環方式測量質量差值，用于砝碼傳遞或其他測試特殊用途的高分辨率電子衡量設備。質量比較儀偏載誤差是指砝碼重心偏離質量比較儀秤盤中心而產生的誤差。對于最大稱量值 100kg 以上的大質量比較儀，由于其秤臺面積較大，秤臺與傳感器之間采用框式結構連接，易產生偏載誤差。

根據 《JJF 1326-2011 質量比較儀校準規范》對偏載誤差的校準，是將砝碼重心放置在長邊和寬邊平分線所形成的 4 塊面積的中心位置 （如下圖 1 所示），以此來定義質量比較儀的計量特性。在正常的砝碼檢定的過程中很少會有位置偏移這么大，而產生這么大偏載誤差的情況。

而質量比較儀生產廠家通常給出的重復性指標是指砝碼重復落在秤盤中心位置，而產生的重復性，并不給出偏載范圍 （如表 1 所示）。這是在理想情況下的重復性。

本次研究通過使用 500kg 的 F1 等級砝碼，對 1T 質量比較儀進行偏載誤差的測試，選取離秤盤中心由近至遠的幾個等分點作為砝碼的偏載點，在前后左右 4 個方向進行比較儀的偏載測試，分析各點偏載誤差的數據，從而獲得質量比較儀偏載誤差對砝碼檢定的影響。

2.實驗研究

本次實驗使用 500kgF1 等級砝碼 （其具體信息詳見表 2），對被測 1T 質量比較儀 （其量程范圍詳見表 3） 進行重復性測試和偏載測試。

依據表 3 的數據計算得到該質量比較儀重復性為 S=0.3g。這一測量結果表示：質量比較儀在砝碼量值傳遞過程中存在線性漂移。表 3 中 40 次重復測試的漂移極差值為 8.5g。然而通過 ABBA 的測量方式得到的重復性卻未超過 0.5g， 可見 ABBA 循環有效的減少線性漂移引入的誤差。同時這一測試結果表明在不考慮偏載的情況下，質量比較儀的重復性誤差只有 0.3g，小于比較儀的實際分度值 0.5g。質量比較儀引入的重復性誤差在 ABBA 方式進行砝碼量值傳遞中影響極小。

偏載測試結果：

重復性實驗之后，實驗室采用同一 500kg 砝碼對該質量比較儀進行偏載實驗。砝碼按圖 3 的所示的位置，以 5cm、10cm、15cm、20cm 的距離逐漸偏離秤盤中心。各偏離位置的測量結果如表 4~ 表 7 所示。

質量比較儀會產生偏載誤差，偏移 5cm 產生的最大偏載誤差為 15.3g，偏移 20cm 產生的最大偏載誤差為 127.5g。遠大于重復性誤差，甚至超出線性漂移產生的誤差。

偏載在各個方向產生誤差大小不一，誤差方向不同。前后方向誤差均為正值，左右方向誤差為一正一負。

4 個方向的誤差沒有對稱性，也沒有其他相關性。

通過分析各反向偏載距離對偏載值的影響，得到下圖 （圖 4） 不同偏載距離下偏載誤差變化趨勢圖

從上圖 （圖 4） 可以看出：

偏載誤差與偏載距離正相關，偏載距離越大，偏載誤差越大。

偏載誤差隨偏載距離為非線性增長，更接近于級數增長。即伴隨偏載距離增加，偏載誤差增長速度越快。

4 .結論

本次實驗根據 《JJF 1326-2011 質量比較儀校準規范》 的要求，使用 500kgF1 等級砝碼對 1T 質量比較儀進行重復性測試和偏載測試，研究了偏載距離由小至大對偏載值的影響。通過以上測試和對測試數據的分析可以看出：質量比較儀的中心重復性誤差很小，而且線性漂移的影響可通過ABBA 多次循環測量的方式消除。然而質量比較儀的偏載誤差較大，且與偏載距離正相關，隨偏載距離的增加，呈級數級增長。因此偏載誤差對砝碼檢定和量值傳遞影響遠大于重復性誤差的影響。在砝碼檢定和量值傳遞過程中，需控制砝碼重心落在質量比較儀中心，才能進行有效的量值傳遞。