浅谈非自动衡器中鉴别力鉴别阈灵敏度与应用
随着社会经济的飞速发展, 非自动衡器的应用非常普遍, 广泛运用于商贸场所、港口码头、仓储物流、煤矿冶金、工厂企业等。随着计量事业的快速发展对非自动衡器的要求也越来越高, 如准确度等级要高、分度值要小、分度数要大、最小秤量要小、最大秤量要大、数据传输要快而稳。在非自动衡器进一步发展的同时, 要熟练地将鉴别力、鉴别阈、灵敏度更高要求地运用到测试当中, 必须对此要有更加清晰的认识, 以下做出详细解读和适时应用。
1 概述
衡器按照衡量方法分类可分为自动衡器和非自动衡器。非自动衡器是在操作过程中需要人为干预, 以决定称量结果是否达到预期目的;当称量的结果未达到时, 操作者可以更改称量物品的质量直至达到所需结果。非自动衡器包括非自动天平和非自动秤;我们平时测量的台秤、案秤、弹簧秤、电子秤、电子汽车衡等都属于非自动秤。
2 鉴别力、鉴别阈、灵敏度的定义
在R76-1:2006《非自动衡器》国际建议、JJF1181-2007《衡器计量名词术语及定义》、JJG 555-1996《非自动秤通用检定规程》、《一级注册计量师基础知识及专业务实 (第4版) 》等文件、规范、规程中都有关于鉴别力、鉴别阈、灵敏度的定义, 从上述的定义中得到以下的总结:
鉴别力:非自动衡器在称量测试中对载荷的微小变化所产生反应能力的大小。
鉴别阈:非自动衡器在称量测试中通过轻缓地添加或取下能够使衡器产生变化的最小载荷。
灵敏度:非自动衡器在称量测试中测量系统的示值变化除以相应的被测量值变化所得到的商。
3 鉴别力、鉴别阈、灵敏度的解读和应用
(1) 非自行指示秤 (见图1、图2) 基于不等臂杠杆平衡原理, 通过计量杠杆平衡将增砣和游砣的重力按杠杆比例放大, 靠人员操作增减增砣数量和移动游砣位置使计量杠杆在视准器内自由摆动直至平衡位置, 通过增砣比例的计算和游砣位置的示值从而获得物体质量。其类型包括机械台秤、机械案秤、固定式地上衡、固定式地中衡等。其结构由秤架、承载器、传递杠杆、重点刀、力点刀、支点刀、刀承、计量杠杆、游砣、增砣和砣挂等组成。非自行指示秤对载荷微小变化的反应能力包括鉴别力、鉴别阈和灵敏度。鉴别力、鉴别阈是检验非自行指示秤结构中连接件的静摩擦力对应产生的影响 (计量杠杆在视准器内自由摆动直至到达平衡位置) ;而灵敏度是检验非自行指示秤结构中连接件的动摩擦力对应产生的影响 (包括承载器重点刀与刀承、力点刀与刀承、计量杠杆重点刀与刀承) 。由于非自行指示秤在正常使用当中计量杠杆是在视准器内自由摆动的, 并且需要通过杠杆的摆动几个周期稳定后确定平衡状态, 即灵敏度是仅对非自行指示秤的机械杠杆而言。其要求为在计量杠杆处于平衡位置时轻缓地施加或取下等于相应秤量最大允许误差绝对值的附加砝码, 引起计量杠杆的位移 (计量杠杆力点端所改变的距离) 至少应为:最大秤量≤30kg的秤为2mm;最大秤量>30kg的秤为5mm (如最大秤量10kg、最小秤量0.1kg、标尺最大秤量0.5kg、分度值5g, 灵敏度测试点为0.5kg、10kg, 相对应放上或取下2.5g、5g的附加砝码, 计量杠杆在视准器内改变的距离至少为2mm) , 各种非自行指示秤的灵敏度测试点与测试结果见表1。因此测量灵敏度来确定动摩擦力的影响具有实际意义, 而静摩擦力在此可忽略。所以在JJG 14-2016非自行指示秤中只规定了灵敏度进行测试的要求, 而未对鉴别力、鉴别阈做出要求。
图1 下载原图
图2 下载原图
表1 下载原表
(2) 模拟指示秤 (见图3、图4) 是利用杠杆或弹簧受外力作用时产生变化, 根据胡克定律, 弹簧在弹性极限内的变形量与所受力的大小成正比例, 通过传动机构由指针和度盘形式来指示称量结果。其类型分为压力和拉力两种, 包括弹簧度盘秤、双面弹簧度盘秤、度盘式地中衡、弹簧吊秤等。其结构由称重装置、计量弹簧或杠杆装置、传动装置、调零装置、度盘指针装置等组成。模拟指示秤对载荷微小变化的反应能力包括鉴别力和鉴别阈。由上得知鉴别力、鉴别阈是检验结构中连接件的静摩擦力对应产生的影响。由于模拟指示秤的结构原理只产生静摩擦力 (指针在度盘上指示的示值) , 且鉴别阈在机械结构的秤中与测量装置及机械连接因素有关, 给定载荷的鉴别阈是附加载荷的最小值。其要求为在处于平衡状态下的模拟指示秤轻缓地放上或取下等于相对应秤量最大允许误差绝对值的附加砝码, 但不小于1mg, 此时指针应产生不小于0.7倍附加砝码值对应的恒定位移量 (如最大秤量8kg、最小秤量0.2kg、分度值20g, 鉴别阈测试点为0.2kg、4kg、8kg, 相对应放上或取下10g、20g、30g的附加砝码, 指针的变化量不小于7g、14g、21g) , 各种模拟指示秤的鉴别阈测试点与测试结果见表2。因此对于静摩擦力产生的影响只考虑鉴别阈和鉴别力, 且此时鉴别阈为最小鉴别力, 它主要取决于连接部件的静摩擦力和载荷测量装置的分辨率等因素。所以在JJG 13-2016模拟指示秤中只规定了鉴别阈进行测试的要求, 而未对鉴别力做出要求。
图3 下载原图
图4 下载原图
表2 下载原表
(3) 数字指示秤 (见图5、图6) 是将称物置于承载器上产生压力, 称重传感器发生形变使阻抗发生变化, 同时使激励电压发生变化, 输出一个模拟信号, 经过放大器输出到模数转换成便于处理的数字信号, 通过CPU运算将结果输出到显示器上。因称重传感器的种类不同致使工作的原理也不同, 按照称重方式包括电子案秤、电子台秤、电子吊秤、计价秤、计数秤、电子地上衡、电子地中衡、机电结合秤、电子汽车衡等。其结构由承载器、重力引入装置、称重传感器、显示器组成, 可以是整体结构的, 也可以是分体结构的。数字指示秤对载荷微小变化的反应能力包括鉴别力和鉴别阈。由上得知鉴别力、鉴别阈是检验结构中连接件的静摩擦力对应产生的影响。由于数字指示秤的结构原理只产生静摩擦力和应力, 且与传感器和称重显示器的分辨力以及机械连接等因素有关 (称重传感器自动感应重量, 经过信号处理到显示器) , 把附加砝码轻缓地加载到承载器或卸载时, 将使示值发生一个可察觉的变化。其要求为在处于平衡状态的秤上轻缓地放上或取下一个等于实际分度值1.4倍 (1.4d) 的附加砝码, 示值发生明显改变 (数字指示秤的显示器是按四舍五入的原则设计的, 要引起可觉察的影响变化, 其最小激励变化为0.1d, 最大激励变化为1.4d) , 即最少1d的变化, 如未发生变化, 则鉴别阈测试不符合要求 (如最大秤量30kg、最小秤量0.2kg、分度值10g, 鉴别阈测试点为0.2kg、15kg、30kg, 放上或取下14g的附加砝码, 示值的变化量不小于10g) , 各种数字指示秤的鉴别阈测试点与测试结果见表3。因此对于静摩擦力和应力产生的影响只考虑鉴别阈和鉴别力, 且此时鉴别阈为最小鉴别力。所以在JJG 539-2016数字指示秤中只规定了鉴别阈进行测试的要求, 而未对鉴别力做出要求。
图5 下载原图
图6 下载原图
表3 下载原表
4 结束语
在非自动衡器中鉴别力、鉴别阈和灵敏度都是衡器对载荷微小变化的反应能力, 但对于不同类型的衡器其工作原理不同致使载荷微小变化的反应能力不同。在我们常见的数字指示秤、模拟指示秤、非自行指示秤中, 测量其微小变化的能力, 要从结构原理出发, 了解关键部件、容易受影响的部件、指示装置、显示装置, 选择合适的方法测量其微小变化的能力, 将鉴别力、鉴别阈、灵敏度熟练地应用于非自动衡器的测试当中。
