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电子秤的误差及示值误差

时间:2017-05-19 14:05   点击数:

本文通过对电子秤的工作原理的介绍,剖析了电子秤误差的来源及种类,针对电子秤四角偏载、称量、鉴别力及重复性等误差做了进一步的分析,并对示值误差的确定做了简单的阐述。

确定电子秤的误差是对称量结果准确度的定量描述。电子秤在应用中经常会遇到误差问题,这不仅影响电子秤使用的可靠性,也会不同程度损害电子秤使用者的利益。研究电子秤的误差来源是研究电子秤的一个重要问题。对电子秤的称量性能进行分析,掌握其误差来源有助于提高电子秤检定工作的质量和效率。电子秤是称重台将物体重力传递至称重传感器,使传感器弹性体发生变形,在激励电压作用下输出电压信号,经线性放大器将信号放大,然后转换为数字信号,由微处理器对质量信号进行处理后直接照示质量值。电子秤的称量误差主要来源于其不同的组成部分。其中包括由称重传感器的灵敏度引起的四角偏载误差,由传感器称量的线性变化、零点漂移和称重台擦靠造成的称量误差,由机械连接中的摩擦和应力造成的鉴别力误差,由电子秤传感器侧向力和传感器条件不满足时引起的重复性误差,由电子秤分度数设置引起的误差等。

误差的来源

通过对电子秤的原理分析发现,其不同的组成部分会产生出不同的误差,下面介绍四种不同部分的误差:

1.四角偏载误差

偏载测试要求电子秤在加载以后,被测重物在秤台上位置的变化不应引起称重测量结果的变化。因此,四角偏载误差来源于称重传感器的灵敏度。由于电子秤称重传感器的弹性体和电阻应变计等关键材料的差异,以及制造工艺方面还不完善,每个称重传感器的绝对灵敏度就有所不同,造成相同的激励电压而各称重传感器的信号输出不一样,产生四角偏载误差。为了减小四角偏载误差,电子秤在每个传感器的支路连接有电位器,可以通过调整阻值,利用不同电阻的分压不同,平衡各支路的信号输出。

2.称量误差

传感器称量的线性变化、零点漂移和称重台擦靠都是造成称量误差的直接原因。(1)传感器称量线性变化。由于温差、冲击力、浮尘等的影响,传感器承受载荷与其相应输出电压之间并非成直线关系,使电子秤传感器的称量线性发生较大的变化。有时部分称量点的误差较大,进行称量的线性校准,即分段校准电子秤的称量,称量的相对误差将大大减小。(2)零点漂移。电子秤在使用过程中受到大小不同且多次往复冲击载荷的影响,传感器的受力情况非常复杂,最终导致传感器的触点发生改变,使检定时的原始状态产生了变化,造成零点漂移,产生误差。

3.鉴别力误差

鉴别力反映电子秤对载荷微小变化的反应能力,鉴别力测试的目的是检验秤体结构的连接和摩擦,因机械连接中的摩擦应力是鉴别力误差的主要来源。此外,因为鉴别力针对的是微小变化,所以称重传感器和称重仪表的分辨力对鉴别力误差也影响较大。

4.重复性误差

重复性误差是在相同负荷相同环境条件下,连续数次进程试验所得的称重传感器输出读数之问的差值。它是由一些比较固定的因素影响而产生的,除了称重测量时的温度、湿度、风力、重力场等环境条件变化所引起的重复性误差外,主要有电子秤传感器侧向力和传感器条件不满足时引起的重复性误差。(1)电子秤传感器侧向力引起的重复性误差由于受现场环境的限制,容易造成负载接受器上下移位,致使称重台对称重传感器作用力不垂直。传感器所受侧向力是由秤体传力机构的设计和制造误差引起,具体体现在各传感器上下安装基面本身及其之间的水平度、秤体的整体刚度及相关的局部刚度等方面产生的重复性误差。(2)传感器条件不满足时引起的重复性误差电子秤称重时,对秤体的机械传力机构的传力特性、传感器参数的一致性、传感器的激励电压等,都要满足一定的条件,秤体的传力机构应保证传感器所受载荷与被测重量成正比,才能保证称重测量结果的准确性。(3)角差引起的重复性误差电子秤称重时传感器的信号是通过接线盒传输给称重显示仪表,如果传感器的某些参数不一致或接线盒中电位器调整不平衡都会引起地磅的角差,此时重物在称重台的不同位置就会产生重复性误差。

5. 重力加速度引起的误差

电子秤测量的不准确除了与上述的误差有关外,重力加速度也会对测量的准确性产生影响,根据力学原理可把称重分为利用力的动力效应称重和利用力的静力效应称重。而电子秤称重利用的是静力场效应,静力效应称重力就是利用物体在重力作用下弹性体产生变形或内应力的大小来测定重力的量值。由于电子秤是用重力来标定的,显示结果为重量,所以如果各地重力加速度值不同,会使同一台秤在两地之间的示值不同。最后衡量结果与重力加速度有关。

上面谈了电子误差的来源,那么示值误差如何确定呢 ? 其实示值误差很好确定,就是:E=P—m 式中:一示值误差;P 一示值;M 一标准砝码的标称值。

但是,电子秤是数字显示方式,即示值的变化不是连续的,而是以阶跃的方式进行的。这样,当秤的实际示值处于相邻两个数字之间时,即在 +d12 一 d/2 范围内(d 为实际分度值),实际示值是按一定的数字化整方式,以某一相邻数字显示出来。所以,数字显示值除含有实际的模拟示值外,还包含数字化整误差。为了剔除这个数字化整误差,找到实际模拟示值与真值之差,在检定电子秤时往往采用下述方法:为了知道数字化整的误差,可以用标称值为1/10e(e 为检定分度值,e=d)的小砝码 z 来寻找数字化整前的模拟示值,具休方法为:秤上的砝码 m,示值是,先加放0.1e 的小砝码,直至秤的示值明显地增加一个 e,变成(,+e),所有附加的小砝码为△ m,化整前的示值为P,则可知数字化整误差转换点为(0.5e 一△ m),化整前的示值 P=,+0.5e 一△ m。化整前的误差为E=P—m=,+0.5e 一△ m—m 为了消除零点的误差还需要减去零点误差,因此,化整前的修正误差为:& =E—EMPE 式中:一零点或接近零点(如10e)误差;MPE 一最大允许误差。此式是检定电子秤示值误差的常用公式,对从事检定工作的人员来说必须明确此含意和熟练运用。