便携式大质量比较仪的研制

蓝禄寿

(上杭县质量计量检测所，福建 龙岩 364200)

1 引言

目前对标称值为500kg以上M1等级及以下的大砝码实施检定校准用的比较仪主要是机械天平或电子天平，而机械天平及电子天平对环境条件要求较高，适应固定安装在实验室工作。因此，用户需把待检砝码送到实验室，非常不方便。有条件的计量检定部门购置了托利多或赛多利斯生产的便携式比较仪，但其价格昂贵，非一般地方级计量检定部门所能购置。本文介绍一种便携式大质量比较仪，因为其成本较低(通常为进口同类产品价格的1/3)，便于携带，同时其计量性能可满足JJG 99-2006《砝码》的要求，适应于对衡器生产企业所用的大砝码进行现场检定校准。

2 装置构成

本文介绍的大质量比较仪主要由称重传感器、预应力装置、测量显示部分及外形结构共四部分组成(结构示意图如图1所示)。加配2块F2等级、标称值为500kg的标准砝码，组成大砝码标准装置。

2.1 称重传感器

图中称重传感器选用HBM公司的高精度拉力传感器，传感器形状为柱式，最大称量1200kg，准确度等级为A级。

2.2 预应力装置

此预应力装置由：加载手轮、关节轴承、碟簧组成(如图1所示)，采用16组蝶形弹簧来加载预应力，并用可转动手轮来设置预应力。这样可以使传感器在工作中不用回零且能在很短的量程内工作，可以有效克服传感器的蠕变等影响量，显著提高传感器的测量重复性和稳定度。

2.3 测量显示部分

称重显示仪表选用一款型号为7.5位的精密数字测量

图1 便携式大质量比较仪结构示意图

仪，该数字测量仪具有1000万以上稳定指示的基本测量能力，0.01μV电压测量分辨率，显示分度数为1000000个，具有良好的测量稳定性和重复性。在检测标称值为1000kg的砝码时，显示分度值为1g;在检测标称值为500kg的砝码时，显示分度值设置为0.5g。

2.4 外形

比较仪主体外形由吊环、吊钩及圆柱体支撑筒组成，材质选用高强度合金钢制，总重量80kg，便与携带到现场。

3 工作原理

3.1 标准装置组成

F2等级大砝码标准装置由一套F2等级大砝码(2块标称值为500kg砝码)为主标准器和配套设备大质量比较仪组成。可以开展对标称值为500kg及1000kg M1等级及以下的大砝码进行检定、校准。

3.2 环境及测量方式

现场检定校准选择在无风、无振动且为常温的条件下进行。环境温度变化每4h不超过5℃.。依据JJG 99-2006《砝码》检定规程，在检定校准方式采用起吊法，方法上可采用AB1…BiA测量方式，测量循环次数通常1次即可，被检砝码个数一组测量不超过5个。当然，采用ABA测量方式更理想。

3.3 检定校准过程简述

3.3.1 准备。把比较仪悬挂于起重设备上(应选用起重过程稳定、起吊砝码后无振动的起重设备，如门式起重机、手动式起重葫芦)。显示仪连接到传感器上，开机预热半小时。

3.3.2 比较仪预加载荷。为了使比较仪内的高精度称重传感器弹性体减少“迟滞”影响并处于工作状态，首先用起重设备通过比较仪起吊标准砝码3次。然后放下标准砝码，等显示仪数据稳定后，加上起重带后把显示仪数据置到零点。

3.3.3 比较仪校准。再次起吊标准砝码，等显示仪数值稳定后，把显示仪的数值校准到标准砝码的标称值(如1000.000kg)。

3.3.4 比较仪加预应力。旋转比较仪上的专用手轮，给比较仪加预应力，应加到标准砝码标称值的90%左右，如900.000 kg。这个值是在放下标准砝码时在显示仪上得到的。

3.3.5 测试。依据JJG 99-2006《砝码》检定规程，采用ABA测量方式或AB1…BiA测量方式对被检砝码质量进行检定校准。利用公式计算被检砝码的质量误差。

式中：Δm—被测砝码质量误差(kg);

4 大质量比较仪合成标准不确定度评定

大质量比较仪合成标准不确定度包含了比较仪测量重复性、灵敏度、分辨力、偏载(旋转)等不确定度分量。而测量重复性不确定度分量已包含了比较仪灵敏度、分辨力等确定度分量，所以比较仪合成标准不确定度主要由测量重复性不确定度分量μr和偏载(旋转)不确定度分量μE合成。

4.1 μr计算

选用一被检标称值为1000kg的砝码，在加载预应力和重复性条件下测量10次，数据如下：(kg)

砝码质量算术平均值：I=1000.0078kg

则：测量重复性不确定度分量μr=Sr=0.0023kg

4.2 偏载(旋转)不确定度分量μE

通过选用一被检标称值为1000kg的砝码用比较仪测量时，每隔90°旋转测量法得到

数据表如下。

?

极差值：R=1000.009-1000.000=0.009(kg)

4.3 合成标准不确定度μc

4.4 符合性说明

经试验及评定，在检定校准1000kg砝码时，大质量比较仪合成标准不确定度小于M1等级、标称值为1000kg砝码的最大允许误差绝对值50g的九分之一，符合JJG 99-2006《砝码》中对衡量仪器的要求。可以与F2等级大砝码配套使用，对M1等级及以下大砝码进行检定校准。

本装置同样适应标称值500kg的相应等级砝码的检定校准。

5 结语

本装置所用的测量原理及内部结构组成有别于传统的测量装置，通过内置的蝶形弹簧组给装置施加预应力可有效克服称重传感器蠕变效应，并使得称重传感器在单点具有极高的测量重复性，大大提高测量准确度，从而能做为对工作用大砝码检定校准时的质量比较仪使用。因其造价低，对环境要求较低，便于携带到现场，有较好的使用价值。

［1］砝码检定规程(JJG 99-2006)，国家质量监督检验检疫总局，2006

［2］质量比较仪校准规范(JJF1326-2011)，国家质量监督检验检疫总局，2011

［3］测量不确定度评定与表示(JJF1059-1999)，国家质量技术监督局，1999