溫度對電子秤稱量性能影響的評估和試驗
文章從國際電子秤產品合格評定的角度,闡述了 OIML國際建議R76溫度、溫度作用下零點示值變化的要求、 試驗程序和相關專業基礎知識。指出了當前我國電子秤標準、技術法規在該項目上與國際先進標準的差異,并對其原因 做出一定的分析,提出了一些建議。
1.問題的提出
對被測量進行測量的過程中,必須考慮其影響量 的作用和影響,必須對被測量在整個測量過程中產生 的效應,通過檢驗、試驗和理論做出評估。這就形成 了測量不確定度的分析和評價。
電子秤包括稱量顯示控制器、稱重傳感器、連接件 等。在稱量過程中,自然也受到許多影響和干擾因素 的作用,其中溫度就是最重要的影響量之一。
溫度對稱量顯示控制器放大因數(VSI/IW )的 絕對準確度影響很大。稱重顯示器的阻抗、激勵電流 的形式、標稱值和不確定度、連接件中的熱電動勢、 電壓測量裝置的不確定度、輸入信號值(V )溯源 性、重復性和穩定性等都隨溫度的變化而作不同程度 的變化。正是這種溫度作用下,以上諸因素變化的綜 合效應,使放大器產生了漂移和變化,影響到稱重顯 示控制器和電子秤正常的工作。
溫度對稱重傳感器和電子秤的其它連接件亦有很大的影響作用,簡單地說,任何物體在溫度變化下都能 產生形變,只是變化的大小有差異罷了。因此,溫度 對電子秤稱量性能影響的評估和試驗,成為國內外對自 動衡器評定的重要內容。
在闡述國際法制計量組織(OIML)的規定和要 求的基礎上,就目前我國電子秤的標準、技術法規的相 應規定內容,特別是實際的操作情況作些對比分析, 以澄清和統一對OIM L R76及各種自動衡器的國際 建議關于溫度要求的理解和認識。
2.國際電子秤技術法規的闡述
國際技術法規對溫度提出了二項基本性的要求: 溫度和溫度對空載示值的影響。其中溫度的規定又分 二種情況:
(1)規定溫度界限(Prescribed temperature lim-its) —10 ℃—+40 ℃。
(2)特種溫度界限(Special temperature limits )
I級衡器溫度界限的范圍至少為5℃
II級衡器溫度界限的范圍至少為15℃
II和W級衡器溫度界限的范圍至少為30℃。
從以上(2)看出溫度界限的起始和終止點不做 硬性規定,由設計和制造者根據客戶要求和實際使用 情況設定。
以上規定非常全面周詳。在法定要求的基礎上, 涵蓋了各種不同使用要求條件,適應了不同客戶的要 求,從而大大加強了該國際電子秤標準、技術法規的兼 容性和操作性。
單純提出以上要求,國際建議還認為遠遠不夠。 在該計量要求的基礎上,提出了強制性的試驗程序, 旨在提供標準化的要求,以便用統一的可溯源的方法 來評定電子秤的計量特性和技術特性。
溫度測量的程序是:在大氣條件下,將被測電子秤 (EUT)置于規定的恒定(constant)溫度中,當被測電子秤達到穩定溫度后,保持2h,這里的“恒定”系 指在測試期間所記錄下的最大溫差,不超過電子秤額定 溫度范圍的1/5,且又不大于5℃。
要求分別在三個指定標準溫度下進行加載和卸載 的稱量測試,指定校準溫度處(通常為20 C對I 級電子秤,則為規定溫度界限的平均值)指定的高溫 處;指定的低溫處,如指定的低溫低于10C (新國 際建議版本小于等于0 °C),則在5℃指定的標準溫 度處進行加載和卸載的稱量測試。大氣壓力的變化必 須做定量考慮。除非廠家有規定,否則試驗過程中的 絕對濕度不應超過20g/m3。
溫度對空載示值影響的試驗程度。該項試驗可以 與上述“溫度試驗”結合起來完成,當然,亦可以單 獨做。對每相鄰的溫度,需計算I級電子秤每1 ℃的誤 差變化,其它準確度等級計算每5℃的誤差變化。進 行該項試驗時,不需要施加預載荷,如果電子秤具備自 動置零或零點跟蹤功能,則該功能需處于非工作狀 態。上述兩個溫度方面的試驗程序曲線見圖1。在圖 1中前5h通電預熱需在20°C溫度下進行,并在該溫 度一直保持穩定。該試驗程序曲線,按照國際建議 R76強制性試驗程序的要求,也可采用類似等效的測試程序。
3.存在的問題
目前,我國電子秤溫度影響量下稱量性能的計量技 術要求、試驗及評價,與國際建議和發達國家標準、 技術法規要求之間尚存在一些差異。主要表現在標準 和技術法規的相應要求與實際操作兩個方面。
在標準、技術法規方面:我國電子秤的標準和技術 法規對溫度作用下的零點示值變化,在采納國際建議 和國外先進標準時,往往只注意了對其計量性能和技 術指標的要求。如:對于I級電子秤當環境溫度相差 1 ℃以及對于其它等級電子秤相差5℃時,其零點或 零點附近的示值變化,不應大于1個檢定分度值。而 忽視了看來像枝節的其它基礎性和通用性的規定,忽 視和遺漏不少重要條款。例如:每個影響量產生的誤 差的確認,應在評價一個影響因子(如溫度的影響效 果)時,其它所有的影響因子應保持相對恒定,即接 近于正常值。
正如本文第二部分所述,國際建議進行溫度和溫 度作用下零點示值的變化試驗程序,強調試驗時大氣 的絕對濕度不應超過20g/m3和對于I級衡器的大氣 壓力的變化定量考慮,我國的某些電子秤標準、技術法 規往往忽略這一點。另外,我國有的電子秤標準和技術 法規沒有將計量、技術要求及相應測試程序的關系區 分開來,往往只做出計量和技術的規定,沒有全面嚴 格的對測試程序進行擬定。使按該標準和技術法規評 價電子秤難以達到統一、溯源和一致的要求。
在實際操作方面、由于標準和技術法規要求的不 夠全面和系統、試驗人員的經驗和責任心、試驗管理 控制諸方面的疏漏,在進行溫度變化作用下零點示值 的變化試驗時,往往不注意以下幾點:
(1)恒定溫度的含義,在記錄中忽視了反映這方 面的信息;
(2)升溫和降溫期間,溫度的變化速率不得大于 1 C/min亦缺少這方面的記載;
(3)自動置零和零點跟蹤功能所處的狀態,及相 應的操作、數據計算方法;
(4)溫度對空載示值影響的讀數與預加載的關系;
(5)只進行試驗開始時的標準溫度(20℃)的試 驗,對結束時標準溫度(20 ℃)不做,沒有完整的履 行上述的試驗程序曲線;
(6)沒有按圖1曲線上每個操作點的要求進行。 例如:只進行一次零點讀數,不預加載,不進行穩定 溫度下的時間保持等;
(7 )圖1試驗程序曲線過程中,被測衡器 (EUT)數次開機、關機;
(8)完成圖1試驗程序曲線過程中,被測衡器 (EUT)數次被調整。
我國電子秤溫度試驗還大量存在這樣一個普遍現 象,設備的功能不能完成溫度影響量下對電子秤稱量性 能測試施加各種載荷的基本操作,在某些技術機構和 實驗室里,當要求進行穩定溫度稱量性能測試時,需 打開溫度箱(室)的門方能進行。由于溫度箱(室)
內外溫度較大,溫度沖擊現象在所難免,這樣就很難 達到測試環境的穩定的要求(即測試期間的最大溫 差,不能超過電子秤額定溫度范圍的1/5,且不大于 5C蠕變測試下不大于2C溫度的變化率不超過 5 C/ h)為解決這一問題,首先,從設備上進行改造 最好,這就需要投一部分資金。其次,將電子秤的模 塊一稱量顯示控制器調整到能顯示較小分度值不能大于1/5e。例如:一臺測量范圍24mV的稱量顯 示控制器,最大檢定分讀數為6000 VSI,則對其線 性度進行測試的顯示數字間隔為24mV/6000 VSI= 4UV/ VSI。如果該顯示器有一個能夠顯示不大于1/5 X 4UV/ VSI = 0. 8PY/ VSI,即可用該裝置來確定其 測量誤差。這樣可不必打開溫度箱(室)的門了。此 僅適用于顯示控制器,對電子秤整機無能為力。
如果上述兩種方法均不能奏效,只能打開溫度箱 (室)的門進行操作,那么,必須在試驗報告中注明, 以便進行試驗復現和相互認可時注意和承認。
加入WTO后,我國決定建立質檢科技體系,其 中重要的組成部分就是現代的認證認可體系,這就給 我們對世界上使用最廣泛的測量儀器一電子秤的評定 提出了攻關目標。在電子秤標準、技術法規的內容和試 驗的操作上全面、系統的與國際建議接軌,牢牢把握 國際電子秤產品合格評定的原則一統一的計量和技術 要求,以適用政府進行的計量控制;依據標準化的要 求和測試程序,用一致的可溯源的方法,來評定電子秤的計量特性和技術特性,以促進所取測量結果與國內 外的互認和交換。