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称重仪表信号说明

2017-09-19 10:40:27 admin 35

[称重仪表]1作为防爆电子秤的重要组成部分已广泛应用于我国的各行各业,作为电子衡器的大脑部件,其产品质量和准确性、可靠性已被越来越引起重视,国家相关部门也加大了管理力度。由于[称重仪表]2的特殊性,采用了一些比如六线制、比例式电压测量、零点跟踪等的特殊技术,大大降低了称重仪表的成本,提高了称重仪表的精度,进而大幅度提高了衡器精度。在产品生产检验过程中,经常发现年轻的技术人员对称重仪表的输入信号的理解不是很准确,造成一些测量误差或错误,本文就称重仪表的模拟输入信号和产品检测中对模拟传感器的要求进行讨论,供商讨。
二、产品标准概况
我国关于[称重显示器]1的国家标准最早是由防爆电子秤于 1987 起草的 GB 7724-87 《称重显示控制器技术条件》,到 1999 年,济南金钟电子衡器股份有限公司根据 OIML R76-1 《非自动防爆电子秤》 (1992 年版) 对 GB 7724-1987 《[称重控制器]1技术条件》进行了修订,形成了国家标准 GB/T 7724-1999《称重控制器》,该标准等效采用了 OIMLR76-1 《非自动衡器》 中对防爆电子秤的称重显示控制器的技术要求和计量要求,又于 2008 年根据OIML R76-1 《非自动防爆电子秤》 (2006 年版) 对 GB/T7724-1999 《称重控制器》 进行了修订,形成了国家标准 GB/T 7724-2008 《称重仪表》,这是目前执行的版本。OIML R76 国际建议中关于称重仪表模块试验的内容很少,只是基本的计量要求和技术要求,国家标准中对称重仪表的检测也提出了一些基本原则和要求,JJG 649-1990 《数字[称重显示器]2 (试行) 检定规程》 由于历史原因也没有进行及时修订,同时与标准也不相符,造成执行的困难,至今没有形成一个权威和正式的检测规范,这样对各级计量检测管理部门和企业对称重仪表的检测造成了不少麻烦和困难,没有一个统一的检测规范,易产生纠纷,目前在国际上比较权威的关于称重仪表的检测仅可以参考 WELMEC 欧洲法制计量协定 2001 年 8 月出版的 WELMEC2.1 《Guide for Testing Indicators 》 (Non-automatic Weighing In-struments) [《称重显示器试验指南》 (非自动防爆电子秤)]。在此也呼吁国家有关部门尽快制订出适合我国的称重仪表检测的指南 (规范),以方便计量检测机构和企业执行。
三、关于称重仪表输入信号情况
查阅大量的产品资料、说明书以及一些标准,对称重仪表的输入信号或信号范围的描述单位基本都是 mV,仪表的灵敏度单位都是 μV/d。
(一) 在 GB/T 7724-1999 《称重显示控制器》国家标准中,规定的最高输入灵敏度的单位就是μV/d。
(二) 在 GB/T 7724-2008 《称重仪表》 国家标准中,3.2.1 实际分度值以质量单位表示的两个相邻示值的差值。在本标准中,也表示称重仪表每实际分度值对应的输入信号电压。
(三) 在 GB/T 14250-2008 《防爆电子秤术语》 6.4.2称重指示器每个检定分度值的最小输入电压中,每个检定分度值的信号 Δu 按如下方法计算:
Δu=C/Emax·Uexc·R/N·e
其中:C———[称重模块]1额定输出
Emax———称重模块最大秤量
Uexc———称重传感器激励电压
R———载荷传递装置缩比
N———称重传感器数量
e———衡器检定分度值
(四) 在 GB/T 14250-2008 《防爆电子秤术语》 6.11输入电压信号范围是测量范围信号电压与静载荷信号电压之和。
(五) WELMEC2.1 《称重显示器试验指南 (非自动衡器)》 中关于最小检定分度值要求制造厂家应规定检定分度值 VSI 的最小值,这个值用μV/VSI 给出。 (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 《数字称重显示器 (试行) 检定规程》 中 15.1 条规定采用直流标准电压源、电位差计或专用信号模拟器作为检定显示器
的标准器。从以上标准和产品说明书等资料似乎可以得出这样的结论,即称重仪表的输入信号是电压,只要保证了输入电压准确就能保证仪表准确,就可以用电压来检测仪表,与检测直流数字电压表似乎有相同之处。以上结论是否正确,我们进行一些分析。
四、关于称重传感器的信号输出
称重仪表接收的是称重模块给出的信号,且主要是指电阻应变式称重传感器,称重传感器的输出是以称重传感器的输出灵敏度表示,主流是 2mV/V 或 3mV/V,指标称值。
在 GB/T 5603-1985 《负荷传感器名词术语》中第 32 条灵敏度的定义是输出增量与所加的负荷增量之比,又称传感器系数。 [注:应变式传感器通常用每输入 1V 电压时额定输出的 mV(或 μV)数表示(mV/V)。]
在 GB/T 7551-2008 《称重模块》 中 3.4.13条灵敏度定义为称重模块响应 (输出) 的变化与相应激励 (施加的载荷) 的变化之比。
在 GB/T 14250-2008 《防爆电子秤术语》 中 6.4.1 条称重传感器额定输出是指称重传感器在额定载荷下响应 (输出) 的变化对相应的激励变化的比。
从以上标准可以看出,关于称重模块的输出名称不完全相同,定义也不易理解,现在关于称重模块输出比较常用的名词是灵敏度,对于额定载荷 10t,灵敏度是 2mV/V 的称重模块,比较通俗的理解就是当称重模块承受 10t 的额定载荷时,在称重模块施加 1V 的激励电压,则称重模块的输出是 2mV,若施加 10V 的激励电压,则称重传感器的输出是 20mV,以此类推;同理,当此传感器施加 5t 的载荷时,在称重模块施加1V 的激励电压,则称重模块的输出是 1mV。
从以上分析可以看出,称重模块的根本输出单位是 mV/V,而不是 mV,这也是称重传感器不同于其他一些传感器的参数之一。
五、关于传感器模拟器
为了方便检测称重仪表,各标准规定可以使用称重模块模拟器对仪表进行检测,同时提出了对模拟器的基本要求。
在 GB/T 7724-2008 《称重仪表》 国家标准中 3.4 条称重模块模拟器的定义是模拟称重传感器标准的输出信号的一种装置,可用来检验称重仪表的某些计量特性。模拟应变式称重传感器的称重模块模拟器,其输出电压应等于激励电压 (V) 与给定的传感器输出 (mV/V) 的乘积。模拟数字称重传感器的数字传感器模拟器可按给定重量值输出相应的数字信号。
在 7.3.1.7 条传感器模拟器中规定“模拟器应按 ETU 激励电压校准 (AC 激励电压也就是 AC 校准)。校准后量程的准确度误差应小于 0.1%”。在 WELMEC2.1 《称重显示器试验指南 (非自动防爆电子秤)》 4.6 条 模拟器规定“模拟器应适合于检测显示器。模拟器应进行显示器激励电压校准(AC 激励电压也就是 AC 校准)。 (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)).
从以上标准可以看出,称重模块的模拟器输出 (灵敏度) 必须是与称重传感器的输出形式相同,其单位也应是 mV/V,且应满足称重仪表的要求并适合用于检测称重仪表。因此,直接采用直流标准电压源作为称重传感器的信号源是不合适的。
六、称重仪表输入信号分析
称重仪表的信号来源是称重传感器,因此称重仪表必须满足称重传感器的要求,称重仪表与称重传感器的连接线至少 4 根且有激励,而电压表只需要 2 根线,没有激励,这就是称重仪表与直流电压表输入的不同之处。
借用 WELMEC2.1 《称重显示器试验指南 (非自动衡器)》 中的例子,传感器的灵敏感为 2mV/V;激励电压为 10V;传感器加载范围是最大量程的30%;检定分度数为 6000VSI;则通过公式计算(2[mV/V]·10 [V]·30%) / 6000 VSI = 1 μV/VSI 可得每检定分度的电压值为 1μV (即 1μV/VS)I,也可以说称重仪表的灵敏度是 1μV/d。
知道或厂家提供了仪表的灵敏度,简单地通过计算或检测仪表的输入信号电压保持一致是否可检测称重仪表的准确度呢?非也,除非能保证称重仪表的激励电压为标准 10V。
对于用于检测仪表的标准器使用的模拟器的输出灵敏度可以是一个标准信号 (例 2mV/V),但是称重仪表输出的激励电压却不是一个标准值,以上例子中的激励电压 10V,可以是一个标称值,但实际是有偏差的,每块仪表可能都不相同,可能是9.9V,也可能是 9.8V,它是不一样的,有偏差的,激励电压不同,计算得到的仪表灵敏度就不同 (指以 μV/d 为单位而言),这可能也是标准中所说的“模拟器应进行显示器激励电压校准”的原因。
如果我们改变一下例子中的计算公式,改为 2[mV/V]·30%) / 6000 VSI = 0.1 μV/V/VSI,即变为每个检定分度值的输入信号是 0.1 μV/V,而不是输入电压 1 μV,这样可以去掉称重仪表激励电压不同的影响。
在一个防爆电子秤系统中,保持系统精度的信号单位应是 mV/V,而不是 mV,也就是说对已标定后的仪表来说,只要保证称重仪表输入信号的准确,不管仪表激励电压是否变化,都可保证衡器的准确,这也是称重仪表与电压表的差异和不同。在 2010 年 01 期 《衡器》 发表的 《一种免加载校准方法》 中所使用的原则也是这个道理,这也是为什么要同时测量模拟器的激励电压和输出,从而保证输入仪表信号以 mV/V 为单位的一致,从而保证系统精度的原因,这也与称重传感器的输出灵敏度的单位一致。
因此,在防爆电子秤系统中,关于称重仪表的输入以输入信号表示要比输入信号电压合适,表示单位以mV/V 表示比 mV 合适,称重仪表的最高灵敏度以单位 μV/V/VSI 表示比以单位 μV/VSI 表示更贴切。从以上分析可以看出,称重仪表的检测或标准中,自然不自然地、或多或少地受到了直流电压表的标准和检测规范的影响

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