多负荷传感器校验仪实验.调试和校准方法
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多负荷传感器校验仪的实验、
调试、校准技术
杨秀范, 周 陈, 王启标, 向劲松
(武汉钢铁集团公司工程技术集团计控公司, 武汉 430008)
[摘 要]文章介绍了多负荷传感器校验仪的结构、工作原理和校准原理, 并详细介绍了多负荷传感器校验仪实验、调试和校准方法。同时, 验证了该实验方法和依据该实验方法所制定的《多负荷传感器校验仪校准规范》具有实用性和科学性。
[关键词]实验; 调试; 校准方法; 多负荷传感器校验仪
[中图分类号]T H 87 [文献标识码]A [文章编号]1002-1183(2011) 01-0023-04
多负荷传感器校验仪是新出现的, 由多个负荷传感器及配套的指示仪表组成的测力标准设备, 用于台
面、多承重支撑点的台面上承受力值或重量设备的测量准确性校验, 例如用于工业生产过程中使用的称量设备的校准和核查。当多负荷传感器校验仪的多个负荷传感器共同受力时, 被测力的大小由一台指示仪表指示。实际使用中, 多个负荷传感器布置在称量设备载重台面或称量承重架的对应受力点上, 各点受力通过各个负荷传感器转换成电输出信号, 叠加后通过称重仪表显示称量设备的输出重量。
称量设备是重要的计量检测设备, 为了保证其计量准确性, 必须进行定期校准、调试。按常规要求, 校准时, 必须使用相应质量的砝码堆放到称量设备承载台面上或相应部位。但是, 由于砝码搬运工作量很大, 而且许多工艺现场不具备大批砝码搬运的条件, 工艺称量设备构造的特殊性不具备放置砝码的条件, 造成实际上不可能用砝码直接加荷校准。
基于向衡器施加标准载荷力值, 替代砝码加荷的秤量设备校准用的多负荷传感器校验仪正是较好地解决了这个矛盾。
多负荷传感器校验仪既然被作为一种标准设备。为了保证准确赋值和量值溯源, 必须采取切合实际的应用方法和手段把力标准机的力值赋值给多负荷传感器校验仪。
根据行业信息和查新结论, 目前尚无相应的技术文件支持此项校准活动, 所以为达到量值统一、方法一致的目的, 必须制订相应的校准规范, 并在一定的范围内执行。
[收稿日期]2010-08-04
武钢校准试验室通过几年的实际工作, 已经形成了成熟的经验和方法, 编制了《多负荷传感器校验仪校准规范》(该规范作为地方标准, 在湖北省范围内正式实施) 。在起草该规范过程中, 为了验证《多负荷传感器校验仪校准规范》的可行性和科学性, 我们对其进行了验证实验。
1 多负荷传感器校验仪结构和工作原理
1. 1 多负荷传感器校验仪的结构
多负荷传感器校验仪的结构, 由专用液压加载机构、高精度负荷传感器、显示仪表组成。设计思想定位是为解决比如料斗秤等工艺称重设备, 由于现场条件限制, 必须使用等量程砝码或替代物检定的难题, 采用由液压方法产生载荷力, 通过高准确度负荷传感器检测载荷力值, 并通过显示仪表进行信号调理, 显示约定标准重量值。将此示值作为约定真值与被校设备的显示值比较得出被校设备的测量误差, 并据此对被校设备进行计量性能评价或调整。
多负荷传感器校验仪的一般结构示意图如图1。1. 2 多负荷传感器校验仪校准称重设备时的工作原理
将多负荷传感器校验仪的多个负荷传感器安装在工作支架和称量台面上, 用手动加压(千斤顶) 施加力值(相当于对称重设备加载荷) 。此时多负荷传感器校验仪和称量设备受相同的载荷重力。多负荷传感器校验仪显示仪表的读数作为约定真值W , 与称量s 设备的显示值W 进行比较, 得出被校准的称量设备x 称量误差为:
[作者简介]杨秀范(1954-) , 男, 湖北武汉人, 主管技师, 从事力值、硬度计量检定工作。
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图1 多负荷传感器校验仪的一般结构示意图
ΔW=W x -W s
校准称量设备时的工作原理示意图如图2
。
图2 用多负荷传感器校验仪校准称量
设备时的工作原理示意图
1. 3 校准多负荷传感器校验仪的校准原理
采取高准确度力标准机为计量标准, 将多负荷传感器校验仪多个负荷传感器均等安装于力标准机的工作台面上, 按力标准机操作规程要求将标准力值同步施加于多个负荷传感器上。此时力标准机的标准力值在各校准点上复现并在多负荷传感器校验仪的显示仪表上显示。多负荷传感器校验仪显示仪表的读数为测量值F x , 力标准机复现的力值为约定真值F s ; 通过比较计算得到被校多负荷传感器校验仪的测量误差为:
ΔF =F x -F s
对在校准过程中采集的原始数据进行处理、计算, 可同时得到多负荷传感器校验仪的示值相对误差、示值相对变动性、示值回零相对误差、分辨力示值相对误差、示值长期稳定性误差等指标。
通过以上校准过程, 按照科学合理严谨的原则, 并以此制定出相应的校准规范, 以使校准工作规计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
范化。
2 实验目的
通过实验、验证多负荷传感器校验仪可行性、科学性、实用性。
3 实验条件、设备和材料
(1) 地点:武钢校准检测室测力机室。
(2) 环境条件:室温控制(20±5) ℃;相对湿度不大于80%。
(3) 标准设备:DL -5000I I 型0. 05级力标准机。由于多负荷传感器校验仪在工作时, 需由一组
(3～4个) 负荷传感器同时受力才能进行测量。根据多负荷传感器校验仪这一特性, 我们专门研制高强度, 变形量极小(对校准准确度影响可以忽略不计) 的上、下均压板, 以扩大力标准机的承压平台直径。将D L -5000I I 力标准机工作台上、下承压平台面积扩展为:上、下承压平台面积均为φ555m m 。该承压平台面积的大小, 能满足校准时安装多个负荷传感器共同受力的要求。
(4) 实验对象和目标:
校准珠海市长陆工业自动化控制系统有限公司制造的(Y B -100) 型多负荷传感器校验仪。
4 实验依据
按照《多负荷传感器校验仪校准规范》的各项条
款进行实验、校准。
5 实验方法
(1) 整体试验
将多负荷传感器校验仪安装成工作状态, 将其安装在标准测力机的工作台面上施加载荷, 读出多负荷传感器校验仪指示仪表的显示值。根据显示值分析其计量性能。
受试验的样品为(Y B —100) 型多负荷传感器校验仪(电子秤校验仪) , 施加各级标准力值时示值输出结果如表1:
表1 YB —100型校验结果表
标准力/t
实测力/t
示值差/t
10
1002020. 005+0. 0053029. 86-0. 1404040. 110+0. 1105050. 160+0. 16080
80. 353
+0. 353
通过表1可以看出, 示值输出不符合要求, 且示
值输出误差的趋向是:随着多负荷传感器校验仪的负荷增加示值输出误差出现无规律状况。
表4 单个传感器测试数据表(1602号底部加垫)
标准力/t
实测力/kg
示值差/kg
此时, 测量三个传感器各自的输出信号如表2。
表2 三个负荷传感器各自输出示值表
标准力1号负荷传感器2号负荷传感器3号负荷传感器/t输出示值/kg
输出示值/kg
输出示值/kg
[***********][***********][***********][1**********]
31095
27651
21607
通过表2可以看出, 3个负荷传感器在同时受力时, 示值输出严重不均。
试验结果认为:该校验仪在未经对单个负荷传感器系数调整以及未经整体调整前, 示值严重超差。
(2) 部件(单个负荷传感器) 试验
根据整体试验得出示值严重超差的结果, 我们将该校验仪所使用的3个负荷传感器, 拆开成单个受力状态进行试验。
①单个传感器直接加荷试验:
表3 单个传感器测试数据表(1602号)
标准力/t
实测值/kg
示值差/kg
00032994-654992-887987-13109982-181514961-392019954-462524943-573029938-62回零差/kg
14
14
从表3可以看出:
单个负荷传感器的示值输出误差很大, 误差随负荷力增加而没有规律。回零误差偏大。
分析认为:出现负荷传感器示值输出误差较大且误差值无规律的原因, 应该是属于负荷传感器底座的表面硬度、平面度、平行度不合适等因素引起。②依据以上试验结果, 我们又将该所使用的3个负荷传感器, 拆开成单个受力状态, 安装好该试验仪的底部千斤顶液压垫, 并将千斤顶活塞上升到(5～10) m m 处, 进行试验, 取得试验数据如表4。计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
[***********][***********][***********][1**********]1回零差/kg
从表4可以看出, 单个负荷传感器的示值输出误差趋势有所改善, 基本符合要求。
单个负荷传感器的示值输出变动性试验结果(以1602号负荷传感器) 如表5。
表5 1602号传感器单独测试结果表
试验力/kg
标准负荷/t123平均示值示值相对变动性/%误差/%
000000. [***********]940. 000. 205
[**************]20. 000. 168
[**************]60. 000. [***********]810. 000. [***********]7149670. 010. [***********]0199500. 010. [***********]4249340. 010. 2630
29919
29918
29918
29918
0. 01
0. 06
从表5可见, 传感器重复性和滞后线性都很好, 只要调一下放大倍数, 示值误差会大有改善。
(3) 部件(单个负荷传感器) 系数调整按照上面的方法, 对多传感器校验仪使用的每一个传感器施加标准力值, 根据取得的数据, 对单个负荷传感器进行了筛选, 并对筛选基本符合要求的单个负荷传感器, 进行了系数调整。使每一个传感器的技术参数达到最佳状态。
(4) 整体调整
选择已进行单独调整到最佳状态的三个负荷传感器(1602、1603、1604) , 重新组合安装成整台多负荷传感器校验仪, 对其施加负荷进行整体调整。
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表6 总系数调整前的示值输出表
标准力/t
实测值/kg
示值差/kg
[***********][***********][***********][***********]826174回零差
表6可以看出, 该实验仪在总系数调整前的示值输出超差严重。
(Y B -100) 型多负荷传感器校验仪总系数经过反复调整后的示值输出结果见表7。
表7 反复调整后的示值输出表
试验力/kg
标准负荷/t1#2#3#平均示值相对
示值变动
误差/%
性/%
[***********]9929993-0. 070. [***********]519985-0. 080. [***********]529980-0. 100. [***********]5399730. 04
0. 03
[***********][***********][***********][***********][***********][***********]82回零/kg
-3
-3
从表7可以看出, 该校验仪的示值相对误差和示
值变动性已基本满足要求。
该试验实验仪上的3个负荷传感器(1602、1603、1604) 在同时受力时的示值输出值见表8。
表8 示值输出值表
标准力1602号负荷1603号负荷1604号负荷/t传感器输出传感器输出传感器输出示值/kg 示值/kg 示值/kg [***********][***********][***********]6601667590
29987
29991
29986
从表8可以看出, 三个负荷传感器(1602、1603、1604) 在同时受力时, 输出示值的均匀性比较一致。计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
根据以上试验得出的结果, 我们将(Y B-100) 型电子秤校验实验仪的总系数作了更细致的调整后, 采用《多负荷传感器校验仪校准规范》,并按该校准
规范的技术要求, 对(Y B-100) 型电子秤校验实验仪进行了计量校准。
(5) 按照《多负荷传感器校验仪校准规范》(地标) 进行校准
通过力标准机施加标准力值得到校准数据, 并进行计算规整后得到校准结果数据如表9。
表9 校准结果表
试验力/kg
标准负荷/t1#2#3#平均示值相对
示值
回零
误差/%变动性/%差/%
[1**********]995
9996
9998
9996
-0. 040. [***********]9619996-0. 020. 00030
[***********]92-0. 030. [***********]98739987-0. 030. [***********]98649986-0. 030. [***********]98459986-0. 020. [***********]98369986-0. 020. [***********]98179984-0. 020. [***********]98589982-0. 010. 0040100
[***********]97
-0. 003
0. 001
计算和评定校准数据的测量不确定度为:
10%点:U 95r e l =
0. 06% k=230%点:U 95r e l =0. 06% k=2100%点:U 95r e l =
0. 06% k=2(6) 实验数据评价
通过校准, 该多传感器校验仪的示值相对误差优于
±0. 1%,示值变动性优于±0. 1%,示值回零相对误差为0。计量性能符合0. 1级要求。
6 实验结论
(1) 根据以上实验、调试、校准, 并将校准结果报告使用单位, 得到了使用单位的一致认可, 被校准的多负荷传感器校验仪在现场使用后, 起到了保障生
产和现场质量控制作用。
(2) 实验成功, 实验过程顺利, 证明了该实验方法和依据本实验方法制定的《多负荷传感器校验仪校准规范》具有切实的实用性和科学性。该《多负荷传感器校验仪校准规范》已由湖北省质量技术监督局发布, 并于2010年2月在湖北省范围内正式实施。
[编辑:谢永善]