称重传感器最小分度值Vmin的探讨

称重传感器最小分度值Vmin的探讨

称重传感器的国标和检定规程已与国际接轨,目前称重传感器执行的国标和检定规程为 GB/T7551-1997《称重传感器》,JJG669-2003《称重传感器检定规程》,其中 GB/T7551-1997《称重 传感器》等效采用国际建议 OIMLR60:1991,JJG669-2003《称重传感器检定规程》等效采用国际 建议 OIMLR60:2000。称重传感器的国标滞后于检定规程,使得生产厂家对 OIML R60:2000 国 际建议(以下简称 R60 国际建议)的理解未统一,直接影响到 R60 国际建议的宣贯、推广。为与 R60 国际建议接轨,国内各有条件的生产厂家均进行了 R60 国际建议的导入工作。目前,国内厂家 执行 R60 国际建议的并不多,主要原因是对国际建议某些概念和规定的理解不透彻,拿不准,另外, 由于不具备标准要求的试验装备,也限制了生产厂家对标准的贯彻。

本文参考了国外公司样本,结合本人对R60 国际建议的学习,探讨了称重传感器最小检定分度 值Vmin的确定和计算方法,从使用角度谈了称重传感器最小检定分度值Vmin的理解。

二、称重传感器最小检定分度值Vmin的理解

1. 提供称重传感器最小检定分度值Vmin的必要性
JJG669-2003《称重传感器检定规程》中 4.7.2 条规定:如果 4.6 条要求的信息没有标记在称重 传感器上,那么这些信息应由制造者在随称重传感器的文件中提供。与此同时,4.7.1 条要求的信息 也应在文件中给出。其中的E)条:最小检定分度值Vmin,为制造者应提供给用户的强制性信息之 一。这是生产商给客户提供称重传感器最小检定分度值Vmin的强制性要求,称重传感器生产商必须 提供,目前国内提供最小检定分度值Vmin的生产厂家不多。
在JJG669-2003《称重传感器检定规程》中 4.6.6.2 非强制性附加信息中规定:除 4.6.1 至 4.6.6.1 条要求的信息外,对每个称重传感器可以提供下列信息:a)对于服从OIML R76 的多量程秤可以提供Y,这里Y=Emax/Vmin。b) 对于服从JJG555-1996 多分度值秤可提供Z,这里,Z=Emax/(2*DR)。 DR为最大允许的最小静载荷输出恢复值。这是对称重传感器最小检定分度值Vmin非强制性的要求, 因此,对于应用于多分度值秤场合的称重传感器,生产厂家应提供Y和Z。

2. 一种确定称重传感器最小检定分度值Vmin的方法
称重传感器最小检定分度值Vmin定义:称重传感器测量范围可以分成的最小检定分度值(质量)。 它是使用或检定时,称重传感器测量范围内可以分成的最小质量单位。称重传感器作为衡器的心脏 部件,在衡器秤量只应用了传感器的测量范围(Dmax-Dmin)的一部分。从使用角度来讲,传感器最 大量程Emax中有多少用于计量范围,这是传感器使用者选型时必须考虑的。通常传感器选择时有如 下的原则:秤台自重+额定容量+振动、冲击分量≤0.6 倍称重传感器总容量,也就是说称重传感器 在使用时不一定用足该称重传感器评定时的测量范围(Dmax-Dmin),事实上,绝大多数称重传感器 在使用时仅用到其测量范围的某一段,衡器的计量范围Max只应用了传感器量程的一部分。对于N 只称重传感器组成的秤,根据JJG555-1996 中 5.8.1 要求,称重传感器的最大秤量应符合下述要求: Emax>Q·Max·R/N R为载荷传递装置的缩小比,N为称重传感器个数,Q为修正系数,变换后可 以得到:

Max/N<Emax·P (P= 1/ Q·R)

这里,将P定义为量程利用率,P<1。量程利用率P是考虑到偏载、承载器的自重、初始置零范 围和载荷分布不均匀性因素影响。对于秤量已确定的衡器,其称重传感器最大量程Emax的选择是综 合Max、N、P后确定的。在Emax·P范围内要达到传感器的测量范围(Dmax-Dmin)的准确度,必须保 证Emax·P范围内有足够的分辨率,也就是说最小检定分度值Vmin的确定强调了称重传感器应用时, 所使用称重传感器量程的下限。而R60 国际建议并未对称重传感器的灵敏度范围作出规定,对于使 用者来说,在称重传感器测量范围内确定其使用量程的下限,关系到使用仪表的选用及与使用仪表 分辨率的匹配。

3. 最小静负荷输出温度影响(ZTC)与最小检定分度值Vmin的关系
根据 GB/T7551-1997 规定的 C 级传感器有:
ZTC/5℃[%Emax]*%Emax[g]≤0.7Vmin[g] (PLC=0.7)
因此知道了Vmin可以计算出称重传感器最小静负荷输出温度影响(ZTC)的上限值,换言之不 同准确度的称重传感器,其最小检定分度值Vmin也是不同的。
例Emax=500kg C3 量程利用率P=30%;Max=Emax*P=150kg
因e = Max/n (n=3000) 公式001(R,N这里均为 1)
e 为秤的分度值,R 为载荷传递装置的缩小比,N 为称重传感器个数,为便于分析,本文例子 中承载器支承点均为 1。
则Vmin=Max / 3000=50g(此处数值应按 1×10K,2×10K,5×10K选取,其中k为正、负整数 和零)
ZTC/5℃[%Emax]*%Emax[g]=0.7*50g = 35g
ZTC/[%Emax /℃]=0.7*Vmin/(Emax*5℃)=0.0014%Emax/℃
上例表明,量程利用率为 30%的称重传感器,准确度为 C3,其最小静负荷输出温度影响(ZTC) 的最大允许值为 14ppm/℃。不同量程利用率下的单点称重传感器的 ZTC 最大允许值见下表:(称重 传感器准确度 C3,3 级秤)

Emax[kg] P[%] Max[kg] Vmin[g] ZTC /[%Emax/℃]
[ppm/℃]
500 20 100 33.3 9.3
500 30 150 50 14
500 50 250 83.3 23.3
1000 20 20 6.7 9.3
1000 30 30 10 14
1000 50 50 16.7 23.3

以上可以看出,具有相同量程(Emax)的称重传感器,其测量范围(即量程利用率)越小,则 最小检定分度值Vmin越小;准确度相同,量程不同的单点传感器,若量程利用率相同,则可以有相 同的ZTC。

4. 多分度值秤中Vmin的有关要求
对符合 JJG555-1996 多分度值秤可提供 Z,同时满足 ZTC,也就是说,称重传感器应用于多分 度值秤的场合,有如下关系(称重传感器按 C3 级):
Z=Emax/(2*DR)
Vmin[g]≥ZTC/5℃[%Emax]*%Emax[g]/0.7 (PLC=0.7)

依据 JJG555-1996 中 5.8 条对称重传感器的要求,可以确定在多分度值秤的场合下,称重传感 器必须满足下列条件:
Vmin≤e1 (e1:多分度值秤中第一局部称量范围内的检定分度值)
Z≥Maxn/ e1 (注:Emax>Maxn,DR≤0.5v[g],V≥Vmin[g],Vmin[g]≤e1[g])
nLc≥Maxi/ei (i=1,2,3……) (注:nLc≥n,nLc≥ni)
例如:一台多分度值秤 最大秤量 Max=15kg 3 级
检定分度值 e1=1g 0~2kg n1=2000
e2=2g 2kg~5kg n2=2500
e3=10g 5kg~15kg n3=1500
则传感器必须满足下列条件:

Vmin≤1g
Z≥15000
nLc≥3000
其首次检定的最大允许误差参见 JJG555-1996 中 4.3 条注解,这里不再赘述。

三、结束语
以上是从称重传感器应用和使用者的角度讨论了对Vmin的理解,给出了一种Vmin的确定方法, 探讨了多分度值秤中Vmin的有关要求,难免带有片面性,目的是抛砖引玉,促进同行对国标和R60 国际建议的交流,形成统一的认识,加快称重传感器标准与R60 国际建议的接轨。