本文就自動衡器中兩種比較類似的產品, 談談車輛自動衡器的動態測量不確定度評定分量存在的問題, 并且介紹如何解決的一些看法。

一、概述

本文所提及的 “車輛自動衡器” 包括自動軌道衡和動態公路車輛自動衡器兩大類產品, 按照 JJF1o59-2o12 ?測量不確定度評定與表示?適用范國的劃分, 各種自動衡器與非自動衡器都屬于 “被測量呈現為一系列值的分布” 的器具。 從器具的測量不確定度評定的角度認識, 車輛自動衡器與非自動衡器的相同之處在于其靜態測量的分布形態是相同的, 而不同之處在于: 對于車輛自動衡器, 還要對其動態測量進行動態測量不確定度評定。

關于靜態測量的測量不確定度評定, 作者在中國衡器協會編輯的?稱重科技(第十五屆稱重技術研討會論文集) ?中的?對非自動衡器進行測量不確定度i平定技術問題的探討?一文中已有陳述, 那么自動衡器的動態測量與靜態測量有哪些不同? 其動態測量不確定度評定是否存在需要探討的問題? 在這里就以車輛自動衡器為例進行分析。將自動軌道衡和動態公路車輛自動衡器這兩類衡器放在一起談“動態測量不確定度i平定”的問題, 是因為影響這兩類衡器動態測量不確定度分量的因素相似。

二、 動態測量不確定度分量

眾所周知,各種自動衡器的計量性能都包括在相應產nR標準的兩項指標中, 一項是對動態測量的允差要求, 一項是對靜態測量的允差要求,這兩項允差要求都體現了自動衡器的“被測量呈現為一系列值的分布”的特征: 即對于稱量范圍內的每一個秤量值, 都對應一個動態允差要求和一個靜態允差要求。 按照.IJF1o59. 1 -2o12的原理, 來源復雜的測量不確定度是由多個測量不確定度分量合成的 。

車輛自動衡器的動態測量功能是其基本功能, 靜態測量功能則是用來進行衡器校準的 。 由于兩者的作用不同,其測量對象、狀態、條件等既不相同,測量不確定度分量也就大不相同了。下面分別將自動軌道衡和動態汽車衡的動態測量不確定度分量列舉如下:

1.自動軌道衡動態測量不確定度分量的評定

自動軌道衡動態測量不確定度分量的評定分為兩種: (1)自動軌道衡動態測量不確定度分量評定; (2)用控制衡器復核動態測量結果。

(l)自動軌道衡動態測量不確定度分量

① 自動軌道衡的稱重指示器分度值引入的不確定度分量 u1;

②檢衡車或參考車輛引入的不確定度分量 u2;

③ 自動軌道衡的靜態允差引入的不確定度分量 u3;

④載荷的非重力作用力與振動力等引入的不確定度分量 u4。

(2)用控制衡器復核動態測量結果

①數字指示軌道衡作為控制衡器時, 其分辨力引入的的不確定度分量 u1 ;

②南_號及砝碼小車引入的不確定度分量 u2;

③控制衡器的靜態允差引入的不確定度分量 u3。

2.動態汽車衡動態測量不確定度分量的評定

動態汽車衡測量不確定度分量的評定同樣分為兩種: (1)動態汽車衡的動態測量不確定度分量評定; (2)用控制衡器復核動態測量結果。

(l)動態汽車衡的動態測量不確定度分量

①示值分辨力引入的不確定度分量 u1;

②示值靜態允差引入的不確定度分量 u3;

③ 載荷的非重力作用力與振動力等引起的不確定度分量 u4 。

(2)用控制衡器復核動態測量結果

①控制衡器靜態允差引起的不確定度分量 u3;

②控制衡器分度值引起的不確定度分量 u1;

③參考車輛油耗引起的不確定度分量 u5。

3.各分量定義、范圍及其分布

(l)u1 : 數字指示分度值或分辨力引入的不確定度分量, ±1d, 均勻分布;

(2)u2:標準器(如砝碼)引入的不確定度分量,標準器(如砝碼)不確定度,均勻分布;

(3) u3: 衡器靜態允差引入的不確定度分量, 衡器靜態允差, 均勻分布;

(4) u4 : 載荷的非重力作用力與振動力等引起的不確定度分量, 這個分量分布復雜, 其中可能包括道路平直度影口向因素, 也可能包括車輛速度變化的影響因素, 也可能包括車輛狀態帶來的影響因素, 也可能包括承載器結構自身變化的影響因素。

(5)u5:參考車輛油耗引起的不確定度分量,燃油消耗量,均勻分布。

以上五個分量不是出現在所有的場合, 要根據實際場合確定該場合適用的合成不確定度的分量 。

三、 實際的分量來源

1.各分量來源可以大致歸結為:

(1)u1

衡器指示器進行模擬一數字轉換產生的量化誤差,其范國為±1d。

(3) u2

稱量或檢定過程中使用的標準器,如:石去碼、檢衡車、控制衡器。其不確定度由這些標準器的檢定證書提供。當使用了多個標準器時,需合成不確定度。

(3) u3

衡器的靜態允差, 包括:

①稱重傳感器、稱重指示器、承載器、基礎、軟件;

②環境條件:溫度、濕度、大氣壓力、干擾。

(4) u4

表現為動態測量結果的不重復性,在所有分量中,非重力作用力與振動力分量對合成不確定度的貢獻最大, 影響非重力作用力與振動力來源的因素有:

①線路狀態:長度、平直度、坡度;

②車輛狀況:車型、減震彈簧的變形量

③振動: 車輛減震彈黃、稱量臺機械結構、銅筋混凝土基石出;

④牽引力:大小、推拉方向

⑤速度:高低、變化

⑥車輛行駛狀態:剎車、提速、左右擺動

(5) u5

當使用了參考車輛, 該車輛在自動衡器與控制衡器之間往返時的油耗重量。

2. 以上從五個方面考慮了被測車輛衡, 在進行不確定度評定時應該考慮的因素 。 但是, 在一些關于該類衡器的測量不確定度報告的分析時,往往將幾種影響量比較大的因素忽略掉了,例如,線路狀態、車輛狀況、速度變化等 。

(l)線路平直度對測量結果的影響帶來的測量不確定度分量,是與速度密切關聯的。而線路平直度又分為: 一個是平度指標, 一個是直度指標。路面或軌道的水平度的起落高度差,直接影響標準參考車輛,在通過被測衡器時對承載器產生的作用力 。

我們知道不論是在高速公路上,還是鐵路營運線路上,是很難找到1oom左右沒有坡度、又沒有彎度的路段的。

(2)車輛狀況是主要影響不確定度分量的因素之一, 當被選擇的車輛狀況比較差時, 再受到通道平直度和行車速度變化,影響稱量結果的量值就比較大。因為這時車輛的晃動、振動幅度就會變大,從而在通過被測衡器時,對衡器產生的作用力也不同于車況好的車輛。

(3)車輛種類不同也是影響因素, 相對固定抽的車輛, 懸掛軸的車輛的測量不確定度的影響會大許多。 同樣都是2o多噸的車輛,懸掛率由車輛稱量出的重量有時比固定軸車輛多出若干噸。

(4)車輛所載貨物的不同,也是影響不確定度評定的重要因素。例如,液體貨物重心的變化。

(5)速度變化是影響不確定度分量的重要因素, 因為車輛在行駛過程中由于受到摩擦力等外力的影響, 必然會發生改變。

如果這些影響因素都處于最極端條件下時, 車輛在衡器上得到的測量結果將是極其差的。 當年在應對自動軌道衡進行型式評價試驗時, 不論是釆用集成檢定法在使用石去碼檢定軌道衡靜態性能, 還是建立參考車輛的工作,都是比較順利的。其原因是:首先是挑選剛剛廠修、段修后的車輛作為參考車輛使用;其次是動態檢定時, 控制參考車輛的運行速度在一個理想的范圍內; 雖然軌道衡是安裝在有一定坡度的線路上, 由于人為控制速度沒有較大的變化, 試驗還是順利完成了 。

而許多情況下在現場實際稱量時,可能由于無法選擇車輛(因為所要通過收費站的車輛都必須稱量) ,因為對路況情況不了解、 車況情況不能選擇, 司機即使想控制車輛的行駛狀態, 也會因經驗不足而出現較大誤差 。

四、 幾個應用問題

1.非重力作用力與振動力作為一個不確定度分量, 是否就是將一些無法量化的因素統統放入進去?

從概率與數理統計學這個角度來講,只要統計的數據足夠多,是可以將一些小概率的現象概括進的。比如, 線路問題、車輛狀況問題、速度變化問題等。

2.如何從最小秤量至最大秤量范圍內選取測量點

由于自動衡器的“被測量呈現為一系列值的分布”的特征, 一臺衡器至少有數百甚至成千個被測量值,實際上不可能全部進行測量, 因此有一個如何選取測量點的應用問題, 沒有一定之規。

經驗表明, 當不確定度與秤量范圍為大致的線性相關時, 選1o個測量點是適當的, 1o個點中應包括最小秤量與最大秤量,不過其中這個最小秤量不應該是“5od”或“2od”,而是指所選取的“參考車輛”的空載車輛重量。

當在測量范圍內不能用一個測量不確定度值來表明測量能力時, 可以給出測量范圍及對應該范圍的最小不確定度和最大不確定度的范圍, 并給出典型值的測量不確定度。

3.車輛種類不同,也是影響衡器不確定度評定的重要因素,應該按照 R134建議的規定,至少選擇三種車型的車輛進行評定; 按照 R106建議的規定, 試驗用參考車輛應選取軌道衡要稱量的常用車輛,應盡可能覆蓋已經型式批準的軌道衡的各種稱量模式。稱量的模式包括重車或空車,推送或牽引,稱量速度的范圍(最高, 最低和實際過衡速度) , 以及單/雙方向。