电子秤的误差来源及示值误差的确定

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。

前言

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。此外，根据电 子衡器是利用物体在重力作用下弹性体产生变形来测定 重力的量值的原理，称重的结果反映了一定质量的物体 所受重力的大小，因此各地重力加速度值不同，也会使同 一台秤在两地之间的示值不同引起误差。

2.误差的来源

2.1电子秤的工作原理：电子秤是利用物体在重力作用 下弹性体产生变形来测定重力的量值。电子秤主要由称 重台、称重传感器、接线盒、屏蔽信号电缆和称重显示仪 表组成。其过程是:将被称量的物体置于称重台上，由于 受到重力的作用，称重台将会受到力的作用而发生弹性 形变，发生形变的传感器弹性体将产生激励电压，此电压 数字信号，并由显示器显示出来。

2.2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擦靠。由于擦靠影响力的传递，使得加载时的重 量不能完全作用到称重传感器上，称重传感器的输出信 号自然偏小，此类情况，往往小称量基本正常，加大负荷后，显示值明显减小。

（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 之间的差值。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电 子秤的角差，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。重力 加速度变化对称量结果影响的处理方法:①利用电子衡 器本身设计软件进行重力补偿，如某衡器厂生产的ACS 系列电子计价秤可以直接输入使用地的重力加速度，由 单片机自动处理后进行异地校准。②利用电子衡器本身 设置一组二进数开关，通过改变开关的状态来改变放大 倍数，对重力加速度变化带来的误差进行修正，也可用电 位器进行调整。③生产厂家可以根据本地与电子秤使用 地之间重力加速度的差值进行折算。④用自动标定方法 进行消除。电子秤到使用地后，在电子秤上放置一定质 量的标准砝码，通过键盘输入操作系统，经过微处理而获 得砝码的标称值。现在的电子秤基本都使用自动标定方 法，校准既简单又明了。当然还会有其他因素例如环境 (空气的湿度，磁场等）因素影响电子秤的测量的准确性。

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 一 m

式中:E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+d/2 ~ — d/2范围内 (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 (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I,先加放0. 1 e的小砝码，直 至秤的示值明显地增加一个e,变成a +e),所有附加的小 砝码为Δm,化整前的示值为P则可知数字化整误差转换 点为(0. 5e — Δm),化整前的示值P=1 +0. 5e — Δm ?

化整前的误差为:E = P一 m = I+0. 5e — Δm一 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:：c =E-E0 ^MPE

式中:E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。