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      稱重儀表信號說明

      2017-09-19 10:40:27 admin 60

      [稱重儀表]1作為防爆電子秤的重要組成部分已廣泛應用于我國的各行各業,作為電子衡器的大腦部件,其產品質量和準確性、可靠性已被越來越引起重視,國家相關部門也加大了管理力度。由于[稱重儀表]2的特殊性,采用了yi些比如六線制、比例式電壓測量、零點跟蹤等的特殊技術,大大降低了稱重儀表的成本,提高了稱重儀表的精度,進而大幅度提高了衡器精度。在產品生產檢驗過程中,經常發現年輕的技術人員對稱重儀表的輸入信號的理解不是很準確,造成yi些測量誤差或錯誤,本文就稱重儀表的模擬輸入信號和產品檢測中對模擬傳感器的要求進行討論,供商討。
      二、產品標準概況
      我國關于[稱重顯示器]1的國家標準zui早是由防爆電子秤于 1987 起草的 GB 7724-87 《稱重顯示控制器技術條件》,到 1999 年,濟南金鐘電子衡器股份有限公司根據 OIML R76-1 《非自動防爆電子秤》 (1992 年版) 對 GB 7724-1987 《[稱重控制器]1技術條件》進行了修訂,形成了國家標準 GB/T 7724-1999《稱重控制器》,該標準等效采用了 OIMLR76-1 《非自動衡器》 中對防爆電子秤的稱重顯示控制器的技術要求和計量要求,又于 2008 年根據OIML R76-1 《非自動防爆電子秤》 (2006 年版) 對 GB/T7724-1999 《稱重控制器》 進行了修訂,形成了國家標準 GB/T 7724-2008 《稱重儀表》,這是目前執行的版本。OIML R76 國際建議中關于稱重儀表模塊試驗的內容很少,只是基本的計量要求和技術要求,國家標準中對稱重儀表的檢測也提出了yi些基本原則和要求,JJG 649-1990 《數字[稱重顯示器]2 (試行) 檢定規程》 由于歷史原因也沒有進行及時修訂,同時與標準也不相符,造成執行的困難,zhi今沒有形成yi個權威和正式的檢測規范,這樣對各級計量檢測管理部門和企業對稱重儀表的檢測造成了不少麻煩和困難,沒有yi個統yi的檢測規范,易產生糾紛,目前在國際上比絰ianㄍ?墓賾誄浦匾潛淼募觳飩隹梢圓慰?WELMEC 歐洲法制計量協定 2001 年 8 月出版的 WELMEC2.1 《Guide for Testing Indicators 》 (Non-automatic Weighing In-struments) [《稱重顯示器試驗指南》 (非自動防爆電子秤)]。在此也呼吁國家有關部門盡快制訂出適合我國的稱重儀表檢測的指南 (規范),以方便計量檢測機構和企業執行。
      三、關于稱重儀表輸入信號情況
      查閱大量的產品資料、說明書以及yi些標準,對稱重儀表的輸入信號或信號范圍的描述單位基本都是 mV,儀表的靈敏度單位都是 μV/d。
      (yi) 在 GB/T 7724-1999 《稱重顯示控制器》國家標準中,規定的zui高輸入靈敏度的單位就是μV/d。
      (二) 在 GB/T 7724-2008 《稱重儀表》 國家標準中,3.2.1 實際分度值以質量單位表示的兩個相鄰示值的差值。在本標準中,也表示稱重儀表每實際分度值對應的輸入信號電壓。
      (三) 在 GB/T 14250-2008 《防爆電子秤術語》 6.4.2稱重指示器每個檢定分度值的zui小輸入電壓中,每個檢定分度值的信號 Δu 按如下方法計算:
      Δu=C/Emax·Uexc·R/N·e
      其中:C———[稱重模塊]1額定輸出
      Emax———稱重模塊zui大秤量
      Uexc———稱重傳感器激勵電壓
      R———載荷傳遞裝置縮比
      N———稱重傳感器數量
      e———衡器檢定分度值
      (四) 在 GB/T 14250-2008 《防爆電子秤術語》 6.11輸入電壓信號范圍是測量范圍信號電壓與靜載荷信號電壓之和。
      (五) WELMEC2.1 《稱重顯示器試驗指南 (非自動衡器)》 中關于zui小檢定分度值要求制造廠家應規定檢定分度值 VSI 的zui小值,這個值用μV/VSI 給出。 (EN45501: 3.1.2 Minimum value of the verification scale interval. The manufacturer shall specify the minimum value of the VSI. For an indica-tor using strain gauge measurement this value is given in μV/VSI).
      (六) 在 JJG 649-1990 《數字稱重顯示器 (試行) 檢定規程》 中 15.1 條規定采用直流標準電壓源、電位差計或專用信號模擬器作為檢定顯示器
      的標準器。從以上標準和產品說明書等資料似乎可以得出這樣的結論,即稱重儀表的輸入信號是電壓,只要保證了輸入電壓準確就能保證儀表準確,就可以用電壓來檢測儀表,與檢測直流數字電壓表似乎有相同之處。以上結論是否正確,我們進行yi些分析。
      四、關于稱重傳感器的信號輸出
      稱重儀表接收的是稱重模塊給出的信號,且主要是指電阻應變式稱重傳感器,稱重傳感器的輸出是以稱重傳感器的輸出靈敏度表示,主流是 2mV/V 或 3mV/V,指標稱值。
      在 GB/T 5603-1985 《負荷傳感器名詞術語》中di 32 條靈敏度的定義是輸出增量與所加的負荷增量之比,又稱傳感器系數。 [注:應變式傳感器通常用每輸入 1V 電壓時額定輸出的 mV(或 μV)數表示(mV/V)。]
      在 GB/T 7551-2008 《稱重模塊》 中 3.4.13條靈敏度定義為稱重模塊響應 (輸出) 的變化與相應激勵 (施加的載荷) 的變化之比。
      在 GB/T 14250-2008 《防爆電子秤術語》 中 6.4.1 條稱重傳感器額定輸出是指稱重傳感器在額定載荷下響應 (輸出) 的變化對相應的激勵變化的比。
      從以上標準可以看出,關于稱重模塊的輸出名稱不完全相同,定義也不易理解,現在關于稱重模塊輸出比較常用的名詞是靈敏度,對于額定載荷 10t,靈敏度是 2mV/V 的稱重模塊,比較通俗的理解就是當稱重模塊承受 10t 的額定載荷時,在稱重模塊施加 1V 的激勵電壓,則稱重模塊的輸出是 2mV,若施加 10V 的激勵電壓,則稱重傳感器的輸出是 20mV,以此類推;同理,當此傳感器施加 5t 的載荷時,在稱重模塊施加1V 的激勵電壓,則稱重模塊的輸出是 1mV。
      從以上分析可以看出,稱重模塊的根本輸出單位是 mV/V,而不是 mV,這也是稱重傳感器不同于其他yi些傳感器的參數之yi。
      五、關于傳感器模擬器
      為了方便檢測稱重儀表,各標準規定可以使用稱重模塊模擬器對儀表進行檢測,同時提出了對模擬器的基本要求。
      在 GB/T 7724-2008 《稱重儀表》 國家標準中 3.4 條稱重模塊模擬器的定義是模擬稱重傳感器標準的輸出信號的yi種裝置,可用來檢驗稱重儀表的某些計量特性。模擬應變式稱重傳感器的稱重模塊模擬器,其輸出電壓應等于激勵電壓 (V) 與給定的傳感器輸出 (mV/V) 的乘積。模擬數字稱重傳感器的數字傳感器模擬器可按給定重量值輸出相應的數字信號。
      在 7.3.1.7 條傳感器模擬器中規定“模擬器應按 ETU 激勵電壓校準 (AC 激勵電壓也就是 AC 校準)。校準后量程的準確度誤差應小于 0.1%”。在 WELMEC2.1 《稱重顯示器試驗指南 (非自動防爆電子秤)》 4.6 條 模擬器規定“模擬器應適合于檢測顯示器。模擬器應進行顯示器激勵電壓校準(AC 激勵電壓也就是 AC 校準)。 (4.6 Simulator The simulator should be suitable for the indicator. The simulator shall be calibrated for the used excitation voltage of the indicator (AC excitation voltage means also AC calibration)).
      從以上標準可以看出,稱重模塊的模擬器輸出 (靈敏度) 必須是與稱重傳感器的輸出形式相同,其單位也應是 mV/V,且應滿足稱重儀表的要求并適合用于檢測稱重儀表。因此,直接采用直流標準電壓源作為稱重傳感器的信號源是不合適的。
      六、稱重儀表輸入信號分析
      稱重儀表的信號來源是稱重傳感器,因此稱重儀表必須滿足稱重傳感器的要求,稱重儀表與稱重傳感器的連接線zhi少 4 根且有激勵,而電壓表只需要 2 根線,沒有激勵,這就是稱重儀表與直流電壓表輸入的不同之處。
      借用 WELMEC2.1 《稱重顯示器試驗指南 (非自動衡器)》 中的例子,傳感器的靈敏感為 2mV/V;激勵電壓為 10V;傳感器加載范圍是zui大量程的30%;檢定分度數為 6000VSI;則通過公式計算(2[mV/V]·10 [V]·30%) / 6000 VSI = 1 μV/VSI 可得每檢定分度的電壓值為 1μV (即 1μV/VS)I,也可以說稱重儀表的靈敏度是 1μV/d。
      知道或廠家提供了儀表的靈敏度,簡單地通過計算或檢測儀表的輸入信號電壓保持yi致是否可檢測稱重儀表的準確度呢?非也,除非能保證稱重儀表的激勵電壓為標準 10V。
      對于用于檢測儀表的標準器使用的模擬器的輸出靈敏度可以是yi個標準信號 (例 2mV/V),但是稱重儀表輸出的激勵電壓卻不是yi個標準值,以上例子中的激勵電壓 10V,可以是yi個標稱值,但實際是有偏差的,每塊儀表可能都不相同,可能是9.9V,也可能是 9.8V,它是不yi樣的,有偏差的,激勵電壓不同,計算得到的儀表靈敏度就不同 (指以 μV/d 為單位而言),這可能也是標準中所說的“模擬器應進行顯示器激勵電壓校準”的原因。
      如果我們改變yi下例子中的計算公式,改為 2[mV/V]·30%) / 6000 VSI = 0.1 μV/V/VSI,即變為每個檢定分度值的輸入信號是 0.1 μV/V,而不是輸入電壓 1 μV,這樣可以去掉稱重儀表激勵電壓不同的影響。
      在yi個防爆電子秤系統中,保持系統精度的信號單位應是 mV/V,而不是 mV,也就是說對已標定后的儀表來說,只要保證稱重儀表輸入信號的準確,不管儀表激勵電壓是否變化,都可保證衡器的準確,這也是稱重儀表與電壓表的差異和不同。在 2010 年 01 期 《衡器》 發表的 《yi種免加載校準方法》 中所使用的原則也是這個道理,這也是為什么要同時測量模擬器的激勵電壓和輸出,從而保證輸入儀表信號以 mV/V 為單位的yi致,從而保證系統精度的原因,這也與稱重傳感器的輸出靈敏度的單位yi致。
      因此,在防爆電子秤系統中,關于稱重儀表的輸入以輸入信號表示要比輸入信號電壓合適,表示單位以mV/V 表示比 mV 合適,稱重儀表的zui高靈敏度以單位 μV/V/VSI 表示比以單位 μV/VSI 表示更貼切。從以上分析可以看出,稱重儀表的檢測或標準中,自然不自然地、或多或少地受到了直流電壓表的標準和檢測規范的影響

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