R76国际建议从1992年正式发布以来,我国也在1996年依据此文件制定了JJG 555《非自动秤通用检定规程》,国际法制计量组织于2006年又对这个文件进行了修订,增加了不少电子衡器的要求。现在十几年过去了,虽然在制修订非自动衡器产品标准、型式评价大纲、计量检定规程等相关文件过程中,对R76中的内容进行了一些研究和探讨,但是没有为此专门组织国内专家认真学习和讨论,更没有请国际建议的起草人来我国进行宣贯。由于国内的专家个人所处的位置不同,个人从事的工作不同,个人看问题的角度不同,无法理解文件中规定的要求和试验方法确切的出发点,所以对问题的理解也就存在差异,这样大部分情况下还是囫囵吞枣般的直接引用了。其中R76中几个与称重指示器有着密切关联的电气参数的含义,如果我们没有充分的理解其定义,将直接影响到所制修订产品标准、型式评价大纲和检定规程的质量。张宏社张工将他的文章“称重指示器的几个电气参数探讨”^[4]在衡器杂志上发表,针对这些与称重指示器有关的电气参数谈了许多个人的见解。对此,我们从2013年开始就写了一些与这些电气参数有关的东西发给国内研究制造称重指示器的专家,并与之进行了讨论,在与国内的部分研究称重指示器的专家交流后,对我们启发很大,这样根据个人的理解,仿照R60《称重传感器》国际建议对几个主要名词的表示方式,将部分与称重指示器有关的“电气参数”名词所表达含义,采用如图1所示表示。

称重指示器设计时,由市场和应用需求所确定的指示器供电电源的形式和电压范围(交流电源电压或直流电源电压)。

由称重指示器提供的,使称重传感器能正常工作的电源电压(也称为“供桥电压”)。对于应变式称重传感器或类似特性的称重传感器,称重传感器的输出信号变化量与称重传感器激励电压和重量载荷变化量的乘积成正比。

最小静载荷信号电压U_DLmin(m V)

静载荷信号电压———这里是指衡器在不受外力作用时,承载器的重量值所分配的信号电压。

在附录F兼容性核查表中,要求“称重指示器的静载荷输入信号电压U_DL不小于最小输入信号电压U_min”。

在试验时,模拟的静载荷信号电压是衡器制造商给定的,应该考虑静载荷的最大值可能引起的其它问题(如输入放大器的饱和)。这部分信号电压还应该包括“初始置零范围”和“自动置零范围或零点跟踪范围”,同时可以小于“0”,为负的信号电压值。

对于相同最大秤量的衡器来讲,由于承载器结构的不同、所选择称重传感器数量的不同、称重传感器最大秤量不同、称重传感器额定输出不同,其静载荷的重量值也是不相同的,所以相同秤量的衡器,输入电压会出现不同静载荷信号量值。

对于同一款称重指示器,当所配置的承载器重量越重,所配置的称重传感器的数量越少,称重传感器的最大秤量越小,其静载荷信号电压越大;反之静载荷信号越大。所以“静载荷信号电压”的范围不是从“U_DLmin”至“U_DLmax”,而是从没有信号到“U_DLmin”或“U_DLmax”。

例如,一台150t的电子汽车衡,承载器长度为18m,自重14t,其选用了6只(8只)额定输出是2mV/V、最大秤量是40t(30t)的称重传感器,称重指示器的激励电压为12V。

承载器自重(静载荷)所占信号电压的计算也是同样:

6只40t称重传感器,当额定输出为2mV/V时:

汽车衡承载器静载荷信号电压

选择6只30t称重传感器,当额定输出为2mV/V时:

汽车衡承载器静载荷信号电压

选择8只40t称重传感器,当额定输出为2mV/V时:

汽车衡承载器静载荷信号电压

选择6只40t称重传感器,当额定输出是3mV/V时,

汽车衡承载器静载荷信号电压

另外,对于一些特殊用途的衡器,由于经常受到冲击载荷的作用,需要对承载器进行加固,所以承载器静载荷信号电压会比较大。

例如,一台150t的电子汽车衡,承载器长度为18m,自重20t,其选用了6只额定输出是2mV/V、最大秤量是40t的称重传感器,称重指示器的激励电压为12V。

汽车衡承载器静载荷信号电压

称重指示器由制造商给定的每个检定分度值对应的最小输入信号电压(μV),是称重指示器设计时依据所选择的元器件性能而产生的一个指标。应等于或小于与其连接称重传感器输出的模拟信号除以衡器检定分度数,俗称“称重指示器灵敏度”。这个参数应该出现在称重指示器产品说明书上,供选型人员参考。

与衡器所选择的称重指示器的激励电压;称重传感器的最大秤量、采用的数量、额定输出;衡器的最大秤量、检定分度数有关,俗称“衡器的灵敏度”。

对于衡器的兼容性核查来讲,要求:△u≥△u_min

测量范围最小信号电压U_MRmin(m V)

测量范围信号电压———在F.3.5中规定,这个参数是“与衡器相关的电气参数”。因为测量范围信号电压的大小是与衡器本身的参数及所选择模块的参数有密切的联系,在衡器型式评价时应该填写在审报资料中的。它包括静载荷信号电压U_DL和衡器最大秤量信号电压,使用U_MRmax、U_MRmin表示。

测量范围最小信号电压U_MRmin(m V)是称重指示器每个检定分度值对应的最小输入信号电压Δu_min与检定分度数n的乘积。例如,称重指示器每个检定分度值对应的最小输入信号电压为1μV,如果按照中准确度级衡器的最小分度数为500e,该称重指示器的测量范围信号电压就为:1μV/e×500e=0.5mV,那么这个测量信号可能对应该称重指示器来讲就是最小信号电压了。

测量范围最大信号电压U_MRmax(m V)是由电子衡器制造企业提出的,称重指示器的激励电压为12V,电子衡器所选择称重传感器的额定输出为2mV,那么该称重指示器的测量范围最大信号电压就与制造商选择的衡器最大秤量、承载器重量、称重传感器的最大秤量与数量有关。

例如,制造商预期称重指示器用于相同规格衡器产品时:

一台最大秤量Max=150t的电子汽车衡,承载器长度为18m,承载器自重DL=14t,其选用了6只额定输出C=2mV/V、最大秤量E_max=40t的称重传感器,称重指示器的激励电压U_exc=12V。

那么,测量范围信号电压

如果该汽车衡改为8只同样规格的称重传感器,那么,测量范围信号电压

以上两个例子都在称重指示器的测量范围最大信号电压之内。

而当选用了6只额定输出C=3mV/V称重传感器,那么,测量范围信号电压,就不适应用于这个称重指示器了。

如果这个称重指示器使用于一台Max=15t钢材秤,承载器自重DL=5t,选用了4只额定输出C=1mV/V、最大秤量E_max=10t的称重传感器,称重指示器的激励电压U_exc=12V。

测量范围信号电压，在这个称重指示器的测量范围信号电压就相对比较小了，如果仍然想使这台衡器得到比较大的检定分度数，称重指示器的“每个检定分度值对应的最小输入信号电压”就必须足够小。

那么,这个15mV就是该称重指示器可能的“较大测量范围信号电压”,而这个4.5mV就是该称重指示器可能的“较小测量范围信号电压”。所以,衡器制造商在选择称重指示器时,一定要了解哪家公司的哪种型号的产品能够适合自己的衡器。因为,不论出现什么情况,“最大测量范围信号电压”总是小于该称重指示器的“输入信号电压U”。

最大输入信号电压U_max(m V)

最小输入信号电压U_min(m V)

在C.1.4条的输入信号电压范围:与称重指示器连接的称重传感器输出模拟信号范围,应在称重指示器规定的输入信号范围内。

称重指示器输入信号是指允许输入称重指示器且能满足其相关计量技术文件要求的信号,是称重指示器的制造商在设计时确定的。

在C.3.1.1的a)在最大输入信号电压范围下对称重指示器的线性进行试验。例如:一台典型的称重指示器对称重传感器提供的激励电源为12V,其信号电压范围为24mV。如果称重指示器规定的分度数为6000e,线性试验时每个检定分度的输入信号电压为24mV/6000e=4μV/e。

在C.3.1.1的c)称重指示器设置为规定的最小静载荷并使其具有最小的输入信号电压每个检定分度值e对应的最小输入信号电压。假设此值为1μV/e,这就意味着仅使用输入范围的25%。

在附录F的F.6.1和F.6.2两个实例中给出:称重指示器的最小输入信号电压U_min=1mV和U_min=0.5mV,而要求称重指示器的输入信号电压(衡器空载)U_DL大于等于最小输入信号电压U_min。

称重指示器最小输入信号电压和最大输入信号电压是指允许输入称重指示器且能满足其相关计量技术文件要求的最小信号电压和最大信号电压。对于模拟称重指示器,最小输入的信号电压(U_min)和最大输入的信号电压(U_max),是称重指示器制造商根据称重指示器A/D转换电路的设计参数(比如ADC的输入极性、信号放大倍数、基准电压、ADC共模电压变化范围等)和软件程序处理要求来规定的。

与称重指示器连接的称重传感器等效阻抗,应在称重指示器规定的范围内。

称重传感器最小阻抗R_Lmin:

称重传感器R_LC的输入阻抗受到称重指示器激励电压、工作电流大小和衡器所选择称重传感器数量的限制。如称重指示器U_exc=12V、工作电流I=0.28A时,那么这个称重指示器所适用的称重传感器最小阻抗R_Lmin=12V/0.28A=42.86Ω。

称重传感器最大阻抗R_Lmax:

一般来讲,当使用单只称重传感器时的阻抗,就是该衡器的最大阻抗(按照制造商给定连接的称重传感器实际最大阻抗值)。如果按照R76-1中推荐的R_Lmax=1000Ω,当称重指示器U_exc=12V时,该称重指示器的工作电流I=0.012A。

而这个称重传感器最大阻抗R_Lmax与称重传感器最小阻抗R_Lmin之间的范围,就是称重传感器阻抗范围。

在这里值得注意的是:C.1.7最大电缆长度规定:称重传感器或称重传感器接线盒与称重指示器之间的(附加)电缆长度不得超过称重指示器规定的最大附加电缆长度(电缆最大长度取决于电缆单根芯线的材料及横截面),将电缆最大长度转换成电缆芯线的最大电阻来表示,以阻抗单位的形式给出。

初始置零装置:在衡器接通电源和使用之前,能够将示值自动回到零点的装置。

对于扣除皮重的衡器,考虑到载荷的不均匀分布、超载等影响和不同需要,而设计的承载器重量大小为了确保电子衡器所选用的称重传感器的使用寿命,而规定初始置零装置的置零范围不大于最大秤量的20%。其可以分为正向初始置零范围和负向初始置零范围,但两者不一定是相等的。按照R76中规定的“初始置零范围正向部分”是当承载器空载时,重复在承载器是施加试验载荷并关闭电源进行检测判定的,“初始置零范围负向部分”可以通过取下承载器进行检测判定的。

电子衡器中能够自动将零点示值保持在一定范围内的装置。

使用这个装置的目的,就是可以将衡器受温度影响产生的微量变化,当雨雪降落在承载器上、散状物料抛撒在承载器上的微小量值,在零点附近随时置零。

其零点置零装置的范围不大于衡器最大秤量的4%(如果衡器有自动置零功能也在这个4%范围之内)。其可以分为正向零点跟踪范围和负向零点跟踪范围,同样两者不一定是相等的。

(1)根据以上理解的基础上,我们又绘出比较完整的与称重指示器信号电压关联的示意图,如图2所示。

(2)对于一台称重指示器来讲,输入信号电压范围是在设计时就已经确定好的,而静载荷信号电压范围、测量范围信号电压以及测量范围最小和最大信号电压都是建立在一个确定的衡器模型基础上的,这个模型是称重指示器的电压信号才能和最终要测量的重量(准确的说应该是质量)建立起对应的关系。脱离了这个模型,指示器的除输入信号电压范围参数外,其它的电气参数乃至测量参数都将失去其具体的意义,称重指示器的具体示值也将失去量值的依据。

(3)根据以上对这些参数的理解,在编写《数字指示轨道衡型式评价大纲》^[2]时,因为考虑到轨道衡的“初始置零范围负向部分”无法操作,专门在注释说明:初始置零范围试验可以采用模拟器进行。

在此,感谢在这个问题上给予帮助和指导的各位专家!

以上理解和表述是否妥当?请提出宝贵意见,谢谢!