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電子汽車衡作為一種較為常用的大型衡器, 廣泛應(yīng)用于采礦業(yè)、加工制造業(yè)、倉儲物流業(yè)等各行各業(yè)。在貿(mào)易結(jié)算、能源資源計量、大宗物料稱重等領(lǐng)域我們都能見到它的身影。汽車衡的用途非常廣泛, 重要性毋庸置疑, 因此, 其稱重是否準(zhǔn)確直接影響到各相關(guān)方的切身利益。但由于汽車衡多屬于露天使用的計量器具, 其環(huán)境條件跟室內(nèi)使用的電子秤比起來要差的很多, 所以電子汽車衡跟其它電子衡器相比就有了自己的特殊性。這種特殊性要求汽車衡從設(shè)計制造、安裝調(diào)試到維護(hù)保養(yǎng)都要更加嚴(yán)格, 這樣才能適應(yīng)各種環(huán)境條件的要求。然而很多汽車衡的使用者 (或購買者、用戶) 由于缺乏必要的認(rèn)識, 喜歡讓汽車衡制造企業(yè)技術(shù)人員或者計量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定人員把檢定分度值 (根據(jù)JJG 539-2016《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程5.2的規(guī)定, 檢定分度值應(yīng)與實際分度值等價, 本文為敘述方便, 只使用檢定分度值這一概念) 調(diào)的很小, 認(rèn)為這樣就可以不用多花錢也能實現(xiàn)比較精確的測量。但其實, 這樣做往往是沒有效果的。下面筆者就分析一下為什么不能錯誤的設(shè)置上海電子汽車衡的分度值, 以及如何正確設(shè)置分度值。

分度值問題產(chǎn)生的原因
這里先從汽車衡的結(jié)構(gòu)談起。目前我國電子汽車衡的制造廠家數(shù)量很多, 但他們的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都是差不多的, 都是由秤臺 (承載器) +稱重傳感器 (包括接線盒) +稱重顯示儀表組成的。儀表在汽車衡安裝結(jié)束后就要進(jìn)行調(diào)試和標(biāo)定, 這樣才能正常使用。在標(biāo)定時就有一項內(nèi)容是設(shè)置分度值的大小。很多用戶在購買汽車衡時, 都喜歡要求廠家的技術(shù)人員把分度值調(diào)到他們自認(rèn)為比較合適的大小, 這個值通常都比國家技術(shù)規(guī)范 (JJG 539-2016《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程) 的規(guī)定要小很多。他們覺得這樣做會使得稱量更加準(zhǔn)確, 在貿(mào)易結(jié)算時自己就不會吃虧, 自己的經(jīng)濟(jì)利益就會得到保障, 而且還不用增加費(fèi)用。事實真的是這樣嗎?

傳感器對分度值的限制
我們先看看傳感器。汽車衡除了有秤臺和儀表以外, 重要的就是稱重傳感器了。它的作用就是把秤臺對傳感器的壓力轉(zhuǎn)化為電信號, 并傳送到儀表, 由儀表主板再進(jìn)行加工轉(zhuǎn)換從而轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兡茏R別的質(zhì)量值。也就是說, 控制物體稱重準(zhǔn)確與否的, 是傳感器和儀表。我們可以通過這兩種途徑來提高汽車衡的準(zhǔn)確度, 一是改變顯示儀表的分度值, 二是采用更高準(zhǔn)確度等級的稱重傳感器。其中傳感器是真正起關(guān)鍵作用的設(shè)備, 它的等級決定了汽車衡的準(zhǔn)確度。但由于采購更高等級的傳感器成本較高, 不如直接通過儀表修改分度值來得方便, 所以比較普遍的做法就是修改儀表的分度值, 使之看起來顯得更加精確。但是這只是“看起來”而已, 其實不然。

我們拿一臺較為常見的型號為SCS-120的電子汽車衡為例。這種汽車衡的大秤量為120t, 通常由3節(jié)秤臺組成, 配備8只傳感器。據(jù)筆者所知, 除非特別要求, 汽車衡制造廠家給電子汽車衡配備的稱重傳感器等級出于成本考慮一般都是C3級的。C代表中低等準(zhǔn)確度, 3代表3000個檢定分度數(shù)。JJG 669-2003《稱重傳感器》檢定規(guī)程4.6.2規(guī)定, 這種級別的傳感器大檢定分度數(shù)nMAX=3000。另外, JJG 539-2016《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程第6.4.2條有這樣一句規(guī)定:若n>3000時, 應(yīng)注明“不允許室外使用”。換句話說就是室外用的電子汽車衡 (幾乎所有的電子汽車衡都是室外使用) 檢定分度數(shù)不允許超過3000。

再有, 根據(jù)《數(shù)字指示秤》檢定規(guī)程5.1關(guān)于秤的等級的規(guī)定, 秤的檢定分度數(shù)大不能超過10000, 超過了那就屬于天平了 (參見JJG 1036-2008《電子天平》檢定規(guī)程5.4.2關(guān)于天平準(zhǔn)確度級別的規(guī)定, 這兩個規(guī)程明確區(qū)分了電子秤和電子天平) 。同理C級稱重傳感器的檢定分度數(shù)大也不得超過10000, 而超過10000則為B級傳感器 (參見JJG 669-2003《稱重傳感器》檢定規(guī)程4.1:稱重傳感器分級原則) , 綜合這三個規(guī)程來看, 人為這樣設(shè)置就是把汽車衡當(dāng)更高準(zhǔn)確度級別的電子天平使用, 這其實是不現(xiàn)實的。

這些是技術(shù)規(guī)范的有關(guān)要求, 再看看技術(shù)設(shè)計上的有關(guān)限制。我們通過簡單的計算可以看出問題。以把分度值設(shè)為10kg的120t汽車衡為例, 它一般可選8只30t或50t的C3級傳感器, 以50t的為例, 其靈敏度為2m V/V。稱重顯示儀表的激勵電壓為12V, 每個檢定分度值對應(yīng)的小輸入電壓一般為1μV。汽車衡的檢定分度數(shù)為大秤量÷分度值=12000, 那么根據(jù)計算公式:每個檢定分度值輸出電壓=激勵電壓×靈敏度×大秤量÷ (傳感器個數(shù)×單只傳感器量程×檢定分度數(shù)) , 該汽車衡每個檢定分度值輸出電壓為0.6μV, 該值比儀表每個檢定分度值對應(yīng)的小輸入電壓還小, 也就是傳感器這樣小的電壓變化儀表根本反應(yīng)不出來。再者, C3級傳感器的技術(shù)參數(shù)決定了它的分度數(shù)為3000, 這種級別50t的單只傳感器檢定分度值應(yīng)該不低于16.7kg, 但儀表數(shù)值只能顯示為1、2、5及其整數(shù)倍, 所以本例應(yīng)設(shè)置為20kg, 8只傳感器組合因汽車衡量程擴(kuò)大到120t, 分度值也只能擴(kuò)大到50kg (檢定分度值與大秤量的關(guān)系, 如表1所示) , 它們都比10kg的設(shè)定值大的多, 因此該汽車衡是無法正常工作的。這就從物理學(xué)角度決定了汽車衡的分度值受到傳感器的制約, 不能隨意減小。

 氣流對汽車衡的影響
上文已經(jīng)說過, 現(xiàn)在我們見到過的絕大多數(shù)電子汽車衡由于工作性質(zhì)的原因幾乎都安裝在露天, 有的秤臺上面加裝了防雨頂棚, 但仍屬于室外使用。我們知道, 室外的物體都很容易受氣流的影響, 汽車衡也不例外, 具體影響到多大程度呢?據(jù)筆者所知, 目前國內(nèi)還沒有人對此做過流體力學(xué)甚至是風(fēng)洞試驗。究其原因, 一個是成本原因, 一個是影響因素太多, 如密度、壓強(qiáng)、速度、流量、角度等等, 很難精確計算出來。本文用一個示意圖結(jié)合伯努利方程做了一個大致推算。氣流 (風(fēng)力) 對秤臺的影響示意圖, 如圖1所示 (長方形為秤臺側(cè)面剖面圖, 兩個三角形為稱重傳感器, 夾角30°對應(yīng)的直角三角形短邊代表迎風(fēng)面) 。

根據(jù)伯努利方程, 風(fēng)的動壓為0.5×空氣密度×風(fēng)速的平方。這樣我們可以直觀的看出, 風(fēng)力對秤臺的壓強(qiáng)與風(fēng)速的平方成正比。一臺120t的汽車衡3節(jié)秤臺面積至少為63m2, 假設(shè)風(fēng)力對秤臺的夾角為30° (如圖1所示) , 由于直角三角形30°角對應(yīng)的短邊應(yīng)為秤臺長度的一半, 則可以算出相應(yīng)的迎風(fēng)面積 (受力面積) 應(yīng)為32m2。我們以四級風(fēng)為例, 它的大速度為7.9m/s, 按7計算, 得出壓強(qiáng)32N/m2, 三級風(fēng)大速度5.4m/s, 按5計算, 得出16N/m2。按32m2的迎風(fēng)面積計算, 相應(yīng)的壓力為四級風(fēng)1024N、三級風(fēng)512N。如果風(fēng)力是以一定的角度向下吹向秤臺, 則會產(chǎn)生一部分垂直分力, 向下角度越大垂直分力越大, 上文已經(jīng)假設(shè)角度為30°, 則對應(yīng)的垂直分力分別為四級風(fēng)512N、三級風(fēng)256N。分別相當(dāng)于52kg和26kg的物體作用于秤臺上面。通常在室外很容易就能達(dá)到或超過三級風(fēng)力。也就是說, 如果分度值設(shè)置過小, 隨隨便便一點風(fēng)力, 就會使物體的質(zhì)量顯示產(chǎn)生跳變。如果角度為0即說明風(fēng)力平行于秤臺, 這時流過秤臺上方的風(fēng)速大于下方的風(fēng)速, 會產(chǎn)生向上的浮力, 這類似于飛機(jī)起飛時的場景, 這時也會使得物體質(zhì)量值不能穩(wěn)定顯示, 在此不再詳述。

其他制約條件
現(xiàn)在大多數(shù)汽車衡為了控制成本都是全鋼秤, U型鋼為主流, *取代了槽鋼、工字鋼等型鋼秤。U型鋼做出來的汽車衡秤臺以120t為例, 通常要比型鋼秤的秤臺要輕2t～2.5t左右, 更容易受到風(fēng)力等外界因素的干擾。另外由于現(xiàn)在的汽車衡秤體質(zhì)量良莠不齊, 安裝基礎(chǔ)質(zhì)量也各不相同, 再加上室外工作, 各種輻射干擾很多, 傳感器輸出溫度補(bǔ)償不*等, 人為降低分度值并不能如用戶期望的那樣提高稱量準(zhǔn)確度。即使是新秤, 各方面條件都合格也未必都能保證提高秤的準(zhǔn)確度, 甚至有可能引起如漂移、示值不穩(wěn)等問題。

我們從上文分析可以看出, 120t的汽車衡, 檢定分度值應(yīng)該是50kg, 而不是20kg或10kg。

所以根據(jù)C3級傳感器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字指示秤檢定規(guī)程的約束, 必須堅持nMAX=3000的原則。實際安裝的汽車衡型式必須與型式批準(zhǔn)報告相一致, 不得任意縮小分度值, 不然很難保證汽車衡能正常使用。下面給出汽車衡大秤量與對應(yīng)的檢定分度值的關(guān)系。