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大型衡器检定采用标准砝码替代法
时间:2019/8/21 11:12:29 点击次数:350

大型衡器检定采用标准砝码替代法:

衡器检定通常是采用直接加砝码法。但在一些实际检定中,有时需要采取某些非常规的方法,标准砝码的替代法就是方法之一。标准砝码的替代法即解决了检定现场砝码不足的问题,又满足了进行量传的要求。大家都知道,计量检定必须按照国家计量检定系统表进行量值传递,在质量专业的计量器具量传系统图中,常规的量值传递方法就是利用直接比较法或者是组合比较法、并借助于相应准确度的标准天平将较高准确度等级的砝码量值传递给较低准确等级的砝码。处于质量专业检定系统图末端的衡器量值的传递,常规的传递方法就是采用直接加砝码法,实现对衡器量值的传递。

对于进行量值传递的方法通常要求是:该方法的测量不确定度不应大于被检计量器具最大允许误差MPE的1/3。但是在衡器检定中,尤其是大型衡器的检定和自动衡器的检定,有时就无法采用上述的常规方法,就需要采用一些在质量检定系统图中没有规定的非常规方法,采用这些方法实现对衡器量值的传递。这些方法经过理论上的分析,基本上是能够满足其测量不确定度不大于被检衡器最大允许误差MPE的1/3这一原则要求的,并且还具有使用方便的特点,在衡器检定实践中具有很强的生命力。下面介绍的大型衡器检定中标准砝码替代法就是经常采用的,且行之有效的方法之一。

我们这里讲的大型衡器是指最大秤量在几十吨以上的衡器。在历史上,大型衡器检定都是使用大量的20kg砝码,用人工搬运的方法一步步地递进,检至衡器的最大秤量。这种方法是有局限的,仅能实现最大秤量在20t左右衡器的检定。后来大型衡器检定又使用了500~1000kg圆柱砝码或矩形砝码,再配备之相应的运输、起吊设备。通常是将起吊设备安装在载重卡车上,载重卡车承担砝码的运输,起吊设备负责装卸砝码并把砝码放到特定的位置,构成一台集运输和起吊双重功能为一体的检衡车。检衡车的起吊设备是否能实现把砝码放到特定位置,这取决于起吊设备的臂长和灵活程度。有些起吊设备完成不了将砝码放置到衡器特定位置的任务,这就需要配备与之相适应的辅助方法。若是圆柱砝码可以采用人工滚动的方式实现将砝码放到特定位置,而矩形砝码就得使用电瓶叉车将砝码放到特定位置。我国各地地市级以上的技术机构都配备了检衡车,一般检衡车的载重量不超过20多吨,卡车自重也不会超过20多吨。用这种检衡车的方法也只能实现最大秤量在50t左右衡器的检定。道路和交通运输的规定也不允许卡车的载重量再大,所以许多国家规定汽车衡的最大秤量在60t就足够了。但是我国现在大型衡器的秤量已发展至一二百吨,检定机构要实现对这些衡器最大秤量(满量程)的检定是十分困难的,但是又必须实现对衡器最大秤量(满量程)的检定,这一点对用于贸易结算的衡器尤其重要,这是检定机构的责任。

要实现对这些衡器最大秤量(满量程)的检定,其方法之一是:配备足量的标准砝码,由检衡车多跑几趟的方法拉足满量砝码实现对衡器最大秤量的检定,这种方法对路途较远的检定场合,费用较大、极为不经济。另一种方法是配备一定量的标准砝码,在检定现场寻找合适的“替代物”,采用标准砝码替代法实现大型衡器最大秤量的检定。标准砝码替代法是对大型衡器检定时,由于准备的标准砝码数量达不到衡器最大秤量所需的量,可以使用其它恒定的载荷代替标准砝码进行检定。方法是:①首先将检定现场所具备的标准砝码放到被检衡器的承载器上,检定至需要进行替代的秤量;②记录该秤量的误差以及寻找该秤量的“闪变点”(化整前误差)所用小砝码的量,然后将标准砝码卸下,注意此时不应空秤;③将替代物加到被检衡器的承载器上,并通过加减小的替代物使衡器该秤量恢复原有的误差状态,寻找“闪变点”所用小砝码要与上述的一致;④此时就可以再向衡器的承载器加上前面被替代下的标准砝码,进行该衡器较大秤量的检定;⑤直至所有的标准砝码又都加到衡器上,再进行砝码替代;⑥这样重复几次砝码的替代,直至检定到衡器的最大秤量。

在砝码替代过程中必然会产生一定的方法误差,而导致这些方法误差的主要原因是由被检衡器的重复性,故在进行标准砝码的替代时就应当对被检衡器的重复性提出相应要求。在国际建议R76《非自动衡器》、R134《动态公路车辆自动衡器》和我国国家计量检定规程JJG555-1996《非自动秤通用检定规程》、JJG907-2003《动态汽车衡(车辆总重计量)》都具有关于标准砝码替代法的规定,对被检衡器的重复性提出了相应要求。具体规定是:“当被检衡器的最大秤量大于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,或是最大秤量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,而不是最大秤量的50%。

若重复性不大于0.3e,可减少至最大秤量的35%。若重复性不大于0.2e,可减少至最大秤量的20%。重复性是将约为最大秤量50%的载荷在承载器上施加三次来确定的。”从以上规定可见,当检定小于等于1t的衡器时,必须配备与被检衡器最大秤量等量的标准砝码。当检定大于1t的衡器时,才可以使用标准砝码的替代法,但是必须具备1t的标准砝码。“必须具备1t的标准砝码”的规定,我们认为这一要求太低了,但这是国际上的规定。在我国有些省市为保证衡器的检定质量和衡器产品的出厂质量,要求开展大型衡器检定的技术机构,必须配备所检衡器最大秤量50%的标准砝码,或者是50t的标准砝码,两者中应取其大者。生产100t以下衡器的企业必须配备与最大秤量等量的标准砝码,生产100t以上衡器的企业应配备100t的标准砝码。按照国际建议和我国检定规程的规定,当具有标准砝码的数量达到被检衡器最大秤量的50%时,只需要进行一次砝码替代就可以检至衡器的最大秤量,此时对被检衡器重复性提出要求。

当被检衡器重复性不大于0.3e时,允许具有标准砝码的数量为35%被检衡器最大秤量就可以进行检定,新的R76国际建议将该“35%最大秤量”改为“最大秤量的1/3”,这一改变没有质的变化,此时需要进行二次砝码的替代才能检至衡器的最大秤量。当被检衡器的重复性不大于0.2e时,允许只具有标准砝码的数量为20%被检衡器最大秤量就可以进行检定,这样就需要进行四次砝码的替代才能检至衡器的最大秤量。这里所说的重复性是指在衡器50%最大秤量进行的,有人说,既然能够在50%最大秤量处进行重复性,那就不需要在35%最大秤量和20%最大秤量处进行砝码替代了。请注意此处的重复性是使用恒定载荷进行的,不是砝码。

在进行砝码替代时,使用的替代物(恒定载荷)可以是在检定前事先运到现场,也可以在现场临时找一些质量稳定的载荷。运到检定现场的替代物可以是检衡车和一些车身比较短的车辆;在检定现场临时找的替代物可以是一些质量稳定的载荷,例如钢板、型材等。国外有些技术机构把装满水的水罐作为替代物,这种替代物要求在检定现场具有高速注水设施。下面分析一下砝码替代法是否能够满足测量不确定度不大于被检衡器最大允许误差MPE的1/3这一要求。为了方便以一台常见的SCS-60型大型汽车衡为例进行分析,SCS-60型汽车衡的最大秤量Max=60t,分度值e=d=20kg,分度数n=3000。若具有21t标准砝码,这些砝码的量是衡器最大秤量的35%,需要二次砝码的替代才能完成对衡器最大秤量的检定,要求衡器的重复性不超过0.3e。

那么第一次砝码的替代应该在21t秤量处进行,衡器此秤量的最大允许误差MPE为1.0e,那么替代误差δ就等于衡器的重复性(0.3e)。这样此时的替代误差δ(0.3e)就小于衡器最大允许误差MPE(1.0e)的1/3。砝码的第二次替代应该是在42t秤量处进行,此秤量的最大允许误差MPE为1.5e,由于是第二次砝码的替代,替代误差δ等于两次衡器的重复性均方和,δ=(0.3e)2+(0.3e)2!=0.42e。这样替代误差δ(0.42e)也小于衡器最大允许误差MPE的1/3(0.5e)。若具有12t标准砝码,这些砝码的量是衡器最大秤量的20%,需要四次砝码的替代才能完成对衡器最大秤量的检定,要求衡器的重复性不超过0.2e。

那么第一次砝码替代应该在12t秤量处进行,衡器此秤量的最大允许误差MPE为1.0e,那么替代误差δ就等于衡器的重复性,具体为0.2e。这样此时的替代误差δ(0.2e)就小于衡器最大允许误差MPE的1/3(0.33e)。第二次砝码的替代是在24t秤量处,此时最大允许误差MPE仍为1.0e,其替代误差δ是两次重复性的均方和,等于(0.2e)2+(0.2e)2!=0.28e,这样替代误差δ仍小于衡器最大允许误差MPE的1/3(0.33e)。第三次砝码的替代是在36t秤量处,此时最大允许误差MPE仍为1.0e,其替代误差δ等于三次重复性的均方和,为(0.2e)2+(0.2e)2+(0.2e)2!=0.34e,此时替代误差δ也基本上满足等于衡器最大允许误差MPE的1/3(0.33e)的要求。第四次砝码的替代是在48t秤量处,此时最大允许误差MPE为1.5e,其替代误差δ等于四次重复性的均方和,为(0.2e)2+(0.2e)2+(0.2e)2+(0.2e)2!=0.4e,替代误差δ也能满足小于等于衡器最大允许误差MPE的1/3(0.5e)这一要求。但是国际建议和我国检定规程在具有50%最大秤量的标准砝码进行替代,没有对被检衡器的重复性提出特殊的要求,如果按上述的计算方法此时就有可能满足不了“不大于被检衡器最大允许误差MPE1/3的要求”。

所以从严格意义上讲在具有50%最大秤量的标准砝码进行替代时,应当也提出对被检衡器重复性的要求,至少应要求衡器的重复性不超过0.5e。标准砝码的替代法,在国际建议R107《非连续累计自动衡器》和我国计量检定规程JJG648-1996《非连续累计自动衡器》中也有相应的要求。规定是要求被检衡器必须具有可放置标准砝码的装置,并按被检衡器最大秤量的大小,要求配备一定量的标准砝码。

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