免砝码校准方法的探讨

【摘 要】 本文主要介绍我们对衡器免砝码校准工作的认知和实践。

【关键词】模拟传感器 数字称重系统 免砝码校准 0. 引言 承载器呈非常规形状衡器的校准，直是困扰计量技术机构的难题。特别是在冶金行业中 反映更为明显烈，有很多难以用砝码校准的衡器。例如在十几米到几十米高的平台上的料罐秤， 不仅砝码难以运送到位，料斗、料罐型承载器上也无法放置砝码，到了无法实施的地步，于是产生 了免砝码校准衡器的问题。 上世纪九十年代末，我们由行热工仪表温度测量系统的校准工作中得到启发，模仿其校准方式， 对高位料仓下的料斗秤做免砝码校准。以解燃眉之急，满足了生产急需。 近年来，以数字传感器为核心的数字称重系统，使得免砝码校准方法，操作简便，准确度较以 前有所提高。但遗憾的是，还难以得到用户（非计量检定人员）的普遍认可。为此，写出我们对免 砝码校准方法的认知和实践，作为引玉之砖，期望引起同行们探讨和赐教，促免砝码校准方法的 开展，发挥其应有的作用。 1. 免砝码校准的可行性分析 计量检定工作人员都明白，测温仪表的测量信号流程，是温度传感器将温场中的热量变换成电 信号（mV 级），送至测温仪表显示输出温度值（见图 1）。衡器的称重信号流程，是称重传感器将 物料的重力变换成电信号（mV 级 or 脉冲数列），送至称重仪表显示输出称重量值（参见图 2）。

   热工测温系统的校准方法，通常是采用将温度传感器离线，送到实验室里行测试检定，且附 检测数据的正式证书（报告）。对于测温显示仪表，到生产现场，依据所配置的经测试检定的温度 传感器数据，用电位差计（UJ36 或 UJ31）输入与温度对应的电信号给测温仪表，完成测温系统的校准。 称重和测温主要是采用两种不同的传感器，将两种不同的物理量（重量、热量）变换成电量后， 行系列的处理，显示输出对应重量、热量的数值。比较称重和测温的信号流程，两者基本相同， 没有什么本质性的区别。都是非电量变换成电量后，行电量测量。 称重传感器也是经过相应等级的标准压力机，检测后出厂的。所以对于无法用砝码校准的 衡器，模仿测温系统的校准方法，行免砝码校准是可行的。

2. 免砝码校准的必要条件 我们所提出的免砝码校准衡器的方法，主要是针对钢铁生产过程中使用的非贸易衡器，如钢秤、 料斗秤、料罐秤等难以或无法用砝码校准的衡器。

但必须满足以下条件：

①免砝码校准，是衡器难以或无法用砝码校准，但又必须校准情况下的“无奈之举”。般由 用户主动提出要求之后实施。事前还需告知供、需双方，有关免砝码校准存在的利弊。在得到供、 需双方，尤其是需方认可后，才行为妥。这样可以规避检测单位自身的风险。

②由于免砝码校准，主要是依据称重传感器的工厂校准数据行的。所以要求衡器所配置的称 重传感器（称重模块），不仅必须有足够高的准确度（分度数必须于等于衡器的分度数，即 nLC ≥ n ）而且必须具有很好的稳定性和可靠性。尤其还要附有技术参数齐全的正式校准检测报告。

③因为免砝码校准，忽略了用砝码直接加载校准情况下所含的机械传力结构系统的误差。所 以要求衡器的传力结构筒单，采用规范的连结组件，装物料的承载器直接安装在称重模块上， 物料重量*准确地传递给称重传感器。 

④衡器的空载点稳定。在校准前，至少通过三次加载、放空试验的现场检查确认。

3. 免砝码校准方法简介 不管是模拟称重系统，还是数字称重系统。免砝码校准都应在衡器本身和安装质量优良的前提 下行。

①模拟传感器 主要是参照热工仪表采用的校准方法，在现场用数字电压表和电位差计完成秤的校准工作。 对于模拟称重传感器系统，尽量注意选用等级的测量仪表和产生 mV 信号的仪器。 操作步骤如下： a. 检查确认的传力机构、限位装置、传感器是否符合要求且处于正常状态。 b. 检查确认输入秤的基本参数 Max 、n、d 等 c. 检查秤空载点的稳定性。秤点确定后，测量记录秤“0”点对应的 mV 信号值。 d. 再根据秤的称重传感器容量、数量、灵敏度（多个传感器的平均值）、供桥电压和秤秤量， 由下式计算出 Max 对应的 mV 数值。考虑到接线和接线盒电阻网络，所引起的信号损耗衰减，在计 算结果上增加万分之三左右。 S×V×Max ／ C×N 式中 : S：灵敏度 V：供桥电压 Max：秤秤量 C：传感器容量 N：传感器个数 e. 将 Max 对应的 mV 值与秤“0”点对应的 mV 值之和，输入给仪表行称量值校准。 f. 有条件尽量做下对比验证试验。

②数字传感器 以数字传感器为核心的数字称重系统，模拟量成为数字量，秤的仪表和传感器之间已不是模拟 信号的连接，而是数字通讯。仪表接收的是传感器送出的数字信号（脉冲数列）。每只传感器具有 各自的地址，仪表通过 RS-485 通信接口，可以直接获得每只传感器的原始输出信号。数字传感器 在制造生产中已经用标准的测力机行了校准，它的输出与标准值是对应的。数字信号传输基本上 没有损耗，读出的值就是实际测量值，相对模拟称重系统简便准确。 数字称重系统的仪表都具有免砝码校准功能，只要入调试校准状态，按免（砝码）校准功能 键（calFREE），入免砝码校正界面。打开菜单，选中免砝码校准，按 OK 键，仪表会自动从数字 传感器读取参数。根据使用说明书操作，就能十分方便地完成免砝码校准工作。当然衡器的机械结 构系统要良好，符合上述必要条件，才能达到好效果。

4. 免砝码校准标定存在的问题和建议 多年来，在有条件的情况下，我们尽量争取做免砝码校准标定后的实物（砝码 or 家*的重 量块）对比验证。结果是： 模拟称重系统，免砝码校准准确度为 0.5% ～ 1.0% ； 数字称重系统免砝码校准的校准准确度为 0.4% ～ 0.1% ； 近对比验证二例如下： 例 1 铜陵台废钢秤 Max ＝ 60t、d ＝ e ＝ 20kg、 4 只 SLC820-50t 数字称重传感器、 IND570 称重仪表 免砝码校准后，用已知重量（30t）的废钢锭，行对比验证测试，其结果是： 因生产不允许做更多次的测试，三次测量的重复性误差为。 相对误差为：（30000 － 29980）÷30000 ＝ 6.6×10 ﹣ 4 即约为万分之七，优于千分之。用 户十分满意。 例 2 选定马钢 台到检定周期的汽车衡（Max ＝ 100t、e ＝ d ＝ 50kg、8 只 SLC820-50t 数字 称重传感器、IND880 称重仪表），做免砝码校准的效果测试验证。在对汽车衡例行维保后，实施了 免砝码校准。随后用检衡车和砝码，按照中准确度级秤要求，行后续检定。其检定结果：偏载、 重复性、称量测试误差均小于等于允许误差。 以上二例表明，只要自身品质和安装质量良好的数字称重衡器， 免砝码校准准确度能达到 0.1% 水平。 然而，我们所做的免砝码校准后的对比验证，仅是局限在能方便放置砝码（固定载荷）的衡器 上。但可以放置砝码（固定载荷）的衡器，般就不会采用免砝码校准。而需要用免砝码校准的衡器， 又无法放置砝码（固定载荷）做免砝码校准后的对比验证。所以目前免砝码校准说服力还不够， 其有效性常遭到质疑，难以得到使用人员（非计量检定人员）的普遍认可，是的问题。 电子天平普遍使用的内码自动校准功能，类似衡器的免砝码校准。为什么容易得到认可和运用 呢？显然是因为电子天平，可以随时方便地用砝码，行对比验证。 衡器测量的是物料，用实物砝码行校准，合理合法，天经地义。为了让用户看得见，摸得着， 能直观看到免砝码校准的有效性。建议衡器生产厂家提供台“演示秤”，现场免砝码校准后， 行砝码（几吨砝码可从当地借用）对比验证的演示之用。眼见为实，使家亲眼看到免砝码校准 的效果如何，其误差到底是多！

5. 结束语 多年来工作实践说明，免砝码校准，对于那些无法实施砝码校准的储罐、容器、料斗、料仓等 场合所应用的衡器而言，是种节省校准标定成本、性比高的校准方法。我们应适时制定免砝码 校准作业操作指导书，规范免砝码校准工作过程，校准工作的质量。各方共同努力，使其发挥 应有的作用。