隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展, 非自動(dòng)衡器的應(yīng)用非常普遍, 廣泛運(yùn)用于商貿(mào)場所、港口碼頭、倉儲(chǔ)物流、煤礦冶金、工廠企業(yè)等。隨著計(jì)量事業(yè)的快速發(fā)展對非自動(dòng)衡器的要求也越來越高, 如準(zhǔn)確度等級要高、分度值要小、分度數(shù)要大、最小秤量要小、最大秤量要大、數(shù)據(jù)傳輸要快而穩(wěn)。在非自動(dòng)衡器進(jìn)一步發(fā)展的同時(shí), 要熟練地將鑒別力、鑒別閾、靈敏度更高要求地運(yùn)用到測試當(dāng)中, 必須對此要有更加清晰的認(rèn)識(shí), 以下做出詳細(xì)解讀和適時(shí)應(yīng)用。

1 概述

衡器按照衡量方法分類可分為自動(dòng)衡器和非自動(dòng)衡器。非自動(dòng)衡器是在操作過程中需要人為干預(yù), 以決定稱量結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期目的;當(dāng)稱量的結(jié)果未達(dá)到時(shí), 操作者可以更改稱量物品的質(zhì)量直至達(dá)到所需結(jié)果。非自動(dòng)衡器包括非自動(dòng)天平和非自動(dòng)秤;我們平時(shí)測量的臺(tái)秤、案秤、彈簧秤、電子秤、電子汽車衡等都屬于非自動(dòng)秤。

2 鑒別力、鑒別閾、靈敏度的定義

在R76-1:2006《非自動(dòng)衡器》國際建議、JJF1181-2007《衡器計(jì)量名詞術(shù)語及定義》、JJG 555-1996《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》、《一級注冊計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)務(wù)實(shí) (第4版) 》等文件、規(guī)范、規(guī)程中都有關(guān)于鑒別力、鑒別閾、靈敏度的定義, 從上述的定義中得到以下的總結(jié):

鑒別力:非自動(dòng)衡器在稱量測試中對載荷的微小變化所產(chǎn)生反應(yīng)能力的大小。

鑒別閾:非自動(dòng)衡器在稱量測試中通過輕緩地添加或取下能夠使衡器產(chǎn)生變化的最小載荷。

靈敏度:非自動(dòng)衡器在稱量測試中測量系統(tǒng)的示值變化除以相應(yīng)的被測量值變化所得到的商。

3 鑒別力、鑒別閾、靈敏度的解讀和應(yīng)用

(1) 非自行指示秤 (見圖1、圖2) 基于不等臂杠桿平衡原理, 通過計(jì)量杠桿平衡將增砣和游砣的重力按杠桿比例放大, 靠人員操作增減增砣數(shù)量和移動(dòng)游砣位置使計(jì)量杠桿在視準(zhǔn)器內(nèi)自由擺動(dòng)直至平衡位置, 通過增砣比例的計(jì)算和游砣位置的示值從而獲得物體質(zhì)量。其類型包括機(jī)械臺(tái)秤、機(jī)械案秤、固定式地上衡、固定式地中衡等。其結(jié)構(gòu)由秤架、承載器、傳遞杠桿、重點(diǎn)刀、力點(diǎn)刀、支點(diǎn)刀、刀承、計(jì)量杠桿、游砣、增砣和砣掛等組成。非自行指示秤對載荷微小變化的反應(yīng)能力包括鑒別力、鑒別閾和靈敏度。鑒別力、鑒別閾是檢驗(yàn)非自行指示秤結(jié)構(gòu)中連接件的靜摩擦力對應(yīng)產(chǎn)生的影響 (計(jì)量杠桿在視準(zhǔn)器內(nèi)自由擺動(dòng)直至到達(dá)平衡位置) ;而靈敏度是檢驗(yàn)非自行指示秤結(jié)構(gòu)中連接件的動(dòng)摩擦力對應(yīng)產(chǎn)生的影響 (包括承載器重點(diǎn)刀與刀承、力點(diǎn)刀與刀承、計(jì)量杠桿重點(diǎn)刀與刀承) 。由于非自行指示秤在正常使用當(dāng)中計(jì)量杠桿是在視準(zhǔn)器內(nèi)自由擺動(dòng)的, 并且需要通過杠桿的擺動(dòng)幾個(gè)周期穩(wěn)定后確定平衡狀態(tài), 即靈敏度是僅對非自行指示秤的機(jī)械杠桿而言。其要求為在計(jì)量杠桿處于平衡位置時(shí)輕緩地施加或取下等于相應(yīng)秤量最大允許誤差絕對值的附加砝碼, 引起計(jì)量杠桿的位移 (計(jì)量杠桿力點(diǎn)端所改變的距離) 至少應(yīng)為:最大秤量≤30kg的秤為2mm;最大秤量>30kg的秤為5mm (如最大秤量10kg、最小秤量0.1kg、標(biāo)尺最大秤量0.5kg、分度值5g, 靈敏度測試點(diǎn)為0.5kg、10kg, 相對應(yīng)放上或取下2.5g、5g的附加砝碼, 計(jì)量杠桿在視準(zhǔn)器內(nèi)改變的距離至少為2mm) , 各種非自行指示秤的靈敏度測試點(diǎn)與測試結(jié)果見表1。因此測量靈敏度來確定動(dòng)摩擦力的影響具有實(shí)際意義, 而靜摩擦力在此可忽略。所以在JJG 14-2016非自行指示秤中只規(guī)定了靈敏度進(jìn)行測試的要求, 而未對鑒別力、鑒別閾做出要求。

圖1   下載原圖

圖2   下載原圖

表1     下載原表

(2) 模擬指示秤 (見圖3、圖4) 是利用杠桿或彈簧受外力作用時(shí)產(chǎn)生變化, 根據(jù)胡克定律, 彈簧在彈性極限內(nèi)的變形量與所受力的大小成正比例, 通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由指針和度盤形式來指示稱量結(jié)果。其類型分為壓力和拉力兩種, 包括彈簧度盤秤、雙面彈簧度盤秤、度盤式地中衡、彈簧吊秤等。其結(jié)構(gòu)由稱重裝置、計(jì)量彈簧或杠桿裝置、傳動(dòng)裝置、調(diào)零裝置、度盤指針裝置等組成。模擬指示秤對載荷微小變化的反應(yīng)能力包括鑒別力和鑒別閾。由上得知鑒別力、鑒別閾是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)中連接件的靜摩擦力對應(yīng)產(chǎn)生的影響。由于模擬指示秤的結(jié)構(gòu)原理只產(chǎn)生靜摩擦力 (指針在度盤上指示的示值) , 且鑒別閾在機(jī)械結(jié)構(gòu)的秤中與測量裝置及機(jī)械連接因素有關(guān), 給定載荷的鑒別閾是附加載荷的最小值。其要求為在處于平衡狀態(tài)下的模擬指示秤輕緩地放上或取下等于相對應(yīng)秤量最大允許誤差絕對值的附加砝碼, 但不小于1mg, 此時(shí)指針應(yīng)產(chǎn)生不小于0.7倍附加砝碼值對應(yīng)的恒定位移量 (如最大秤量8kg、最小秤量0.2kg、分度值20g, 鑒別閾測試點(diǎn)為0.2kg、4kg、8kg, 相對應(yīng)放上或取下10g、20g、30g的附加砝碼, 指針的變化量不小于7g、14g、21g) , 各種模擬指示秤的鑒別閾測試點(diǎn)與測試結(jié)果見表2。因此對于靜摩擦力產(chǎn)生的影響只考慮鑒別閾和鑒別力, 且此時(shí)鑒別閾為最小鑒別力, 它主要取決于連接部件的靜摩擦力和載荷測量裝置的分辨率等因素。所以在JJG 13-2016模擬指示秤中只規(guī)定了鑒別閾進(jìn)行測試的要求, 而未對鑒別力做出要求。

圖3   下載原圖

圖4   下載原圖

表2     下載原表

(3) 數(shù)字指示秤 (見圖5、圖6) 是將稱物置于承載器上產(chǎn)生壓力, 稱重傳感器發(fā)生形變使阻抗發(fā)生變化, 同時(shí)使激勵(lì)電壓發(fā)生變化, 輸出一個(gè)模擬信號, 經(jīng)過放大器輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號, 通過CPU運(yùn)算將結(jié)果輸出到顯示器上。因稱重傳感器的種類不同致使工作的原理也不同, 按照稱重方式包括電子案秤、電子臺(tái)秤、電子吊秤、計(jì)價(jià)秤、計(jì)數(shù)秤、電子地上衡、電子地中衡、機(jī)電結(jié)合秤、電子汽車衡等。其結(jié)構(gòu)由承載器、重力引入裝置、稱重傳感器、顯示器組成, 可以是整體結(jié)構(gòu)的, 也可以是分體結(jié)構(gòu)的。數(shù)字指示秤對載荷微小變化的反應(yīng)能力包括鑒別力和鑒別閾。由上得知鑒別力、鑒別閾是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)中連接件的靜摩擦力對應(yīng)產(chǎn)生的影響。由于數(shù)字指示秤的結(jié)構(gòu)原理只產(chǎn)生靜摩擦力和應(yīng)力, 且與傳感器和稱重顯示器的分辨力以及機(jī)械連接等因素有關(guān) (稱重傳感器自動(dòng)感應(yīng)重量, 經(jīng)過信號處理到顯示器) , 把附加砝碼輕緩地加載到承載器或卸載時(shí), 將使示值發(fā)生一個(gè)可察覺的變化。其要求為在處于平衡狀態(tài)的秤上輕緩地放上或取下一個(gè)等于實(shí)際分度值1.4倍 (1.4d) 的附加砝碼, 示值發(fā)生明顯改變 (數(shù)字指示秤的顯示器是按四舍五入的原則設(shè)計(jì)的, 要引起可覺察的影響變化, 其最小激勵(lì)變化為0.1d, 最大激勵(lì)變化為1.4d) , 即最少1d的變化, 如未發(fā)生變化, 則鑒別閾測試不符合要求 (如最大秤量30kg、最小秤量0.2kg、分度值10g, 鑒別閾測試點(diǎn)為0.2kg、15kg、30kg, 放上或取下14g的附加砝碼, 示值的變化量不小于10g) , 各種數(shù)字指示秤的鑒別閾測試點(diǎn)與測試結(jié)果見表3。因此對于靜摩擦力和應(yīng)力產(chǎn)生的影響只考慮鑒別閾和鑒別力, 且此時(shí)鑒別閾為最小鑒別力。所以在JJG 539-2016數(shù)字指示秤中只規(guī)定了鑒別閾進(jìn)行測試的要求, 而未對鑒別力做出要求。

圖5   下載原圖

圖6   下載原圖

表3     下載原表

4 結(jié)束語

在非自動(dòng)衡器中鑒別力、鑒別閾和靈敏度都是衡器對載荷微小變化的反應(yīng)能力, 但對于不同類型的衡器其工作原理不同致使載荷微小變化的反應(yīng)能力不同。在我們常見的數(shù)字指示秤、模擬指示秤、非自行指示秤中, 測量其微小變化的能力, 要從結(jié)構(gòu)原理出發(fā), 了解關(guān)鍵部件、容易受影響的部件、指示裝置、顯示裝置, 選擇合適的方法測量其微小變化的能力, 將鑒別力、鑒別閾、靈敏度熟練地應(yīng)用于非自動(dòng)衡器的測試當(dāng)中。