隨著社會經濟的飛速發展, 非自動衡器的應用非常普遍, 廣泛運用于商貿場所、港口碼頭、倉儲物流、煤礦冶金、工廠企業等。隨著計量事業的快速發展對非自動衡器的要求也越來越高, 如準確度等級要高、分度值要小、分度數要大、最小秤量要小、最大秤量要大、數據傳輸要快而穩。在非自動衡器進一步發展的同時, 要熟練地將鑒別力、鑒別閾、靈敏度更高要求地運用到測試當中, 必須對此要有更加清晰的認識, 以下做出詳細解讀和適時應用。

1 概述

衡器按照衡量方法分類可分為自動衡器和非自動衡器。非自動衡器是在操作過程中需要人為干預, 以決定稱量結果是否達到預期目的;當稱量的結果未達到時, 操作者可以更改稱量物品的質量直至達到所需結果。非自動衡器包括非自動天平和非自動秤;我們平時測量的臺秤、案秤、彈簧秤、電子秤、電子汽車衡等都屬于非自動秤。

2 鑒別力、鑒別閾、靈敏度的定義

在R76-1:2006《非自動衡器》國際建議、JJF1181-2007《衡器計量名詞術語及定義》、JJG 555-1996《非自動秤通用檢定規程》、《一級注冊計量師基礎知識及專業務實 (第4版) 》等文件、規范、規程中都有關于鑒別力、鑒別閾、靈敏度的定義, 從上述的定義中得到以下的總結:

鑒別力:非自動衡器在稱量測試中對載荷的微小變化所產生反應能力的大小。

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

靈敏度:非自動衡器在稱量測試中測量系統的示值變化除以相應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量和移動游砣位置使計量杠桿在視準器內自由擺動直至平衡位置, 通過增砣比例的計算和游砣位置的示值從而獲得物體質量。其類型包括機械臺秤、機械案秤、固定式地上衡、固定式地中衡等。其結構由秤架、承載器、傳遞杠桿、重點刀、力點刀、支點刀、刀承、計量杠桿、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能力包括鑒別力、鑒別閾和靈敏度。鑒別力、鑒別閾是檢驗非自行指示秤結構中連接件的靜摩擦力對應產生的影響 (計量杠桿在視準器內自由擺動直至到達平衡位置) ;而靈敏度是檢驗非自行指示秤結構中連接件的動摩擦力對應產生的影響 (包括承載器重點刀與刀承、力點刀與刀承、計量杠桿重點刀與刀承) 。由于非自行指示秤在正常使用當中計量杠桿是在視準器內自由擺動的, 并且需要通過杠桿的擺動幾個周期穩定后確定平衡狀態, 即靈敏度是僅對非自行指示秤的機械杠桿而言。其要求為在計量杠桿處于平衡位置時輕緩地施加或取下等于相應秤量最大允許誤差絕對值的附加砝碼, 引起計量杠桿的位移 (計量杠桿力點端所改變的距離) 至少應為: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、標尺最大秤量0.5kg、分度值5g, 靈敏度測試點為0.5kg、10kg, 相對應放上或取下2.5g、5g的附加砝碼, 計量杠桿在視準器內改變的距離至少為2mm) , 各種非自行指示秤的靈敏度測試點與測試結果見表1。因此測量靈敏度來確定動摩擦力的影響具有實際意義, 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定了靈敏度進行測試的要求, 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產生變化, 根據胡克定律, 彈簧在彈性極限內的變形量與所受力的大小成正比例, 通過傳動機構由指針和度盤形式來指示稱量結果。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。其結構由稱重裝置、計量彈簧或杠桿裝置、傳動裝置、調零裝置、度盤指針裝置等組成。模擬指示秤對載荷微小變化的反應能力包括鑒別力和鑒別閾。由上得知鑒別力、鑒別閾是檢驗結構中連接件的靜摩擦力對應產生的影響。由于模擬指示秤的結構原理只產生靜摩擦力 (指針在度盤上指示的示值) , 且鑒別閾在機械結構的秤中與測量裝置及機械連接因素有關, 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下的模擬指示秤輕緩地放上或取下等于相對應秤量最大允許誤差絕對值的附加砝碼, 但不小于1mg, 此時指針應產生不小于0.7倍附加砝碼值對應的恒定位移量 (如最大秤量8kg、最小秤量0.2kg、分度值20g, 鑒別閾測試點為0.2kg、4kg、8kg, 相對應放上或取下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與測試結果見表2。因此對于靜摩擦力產生的影響只考慮鑒別閾和鑒別力, 且此時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模擬指示秤中只規定了鑒別閾進行測試的要求, 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) 數字指示秤 (見圖5、圖6) 是將稱物置于承載器上產生壓力, 稱重傳感器發生形變使阻抗發生變化, 同時使激勵電壓發生變化, 輸出一個模擬信號, 經過放大器輸出到模數轉換成便于處理的數字信號, 通過CPU運算將結果輸出到顯示器上。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、電子臺秤、電子吊秤、計價秤、計數秤、電子地上衡、電子地中衡、機電結合秤、電子汽車衡等。其結構由承載器、重力引入裝置、稱重傳感器、顯示器組成, 可以是整體結構的, 也可以是分體結構的。數字指示秤對載荷微小變化的反應能力包括鑒別力和鑒別閾。由上得知鑒別力、鑒別閾是檢驗結構中連接件的靜摩擦力對應產生的影響。由于數字指示秤的結構原理只產生靜摩擦力和應力, 且與傳感器和稱重顯示器的分辨力以及機械連接等因素有關 (稱重傳感器自動感應重量, 經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, 將使示值發生一個可察覺的變化。其要求為在處于平衡狀態的秤上輕緩地放上或取下一個等于實際分度值1.4倍 (1.4d) 的附加砝碼, 示值發生明顯改變 (數字指示秤的顯示器是按四舍五入的原則設計的, 要引起可覺察的影響變化, 其最小激勵變化為0.1d, 最大激勵變化為1.4d) , 即最少1d的變化, 如未發生變化, 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) , 各種數字指示秤的鑒別閾測試點與測試結果見表3。因此對于靜摩擦力和應力產生的影響只考慮鑒別閾和鑒別力, 且此時鑒別閾為最小鑒別力。所以在JJG 539-2016數字指示秤中只規定了鑒別閾進行測試的要求, 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 結束語

在非自動衡器中鑒別力、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能力不同。在我們常見的數字指示秤、模擬指示秤、非自行指示秤中, 測量其微小變化的能力, 要從結構原理出發, 了解關鍵部件、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、靈敏度熟練地應用于非自動衡器的測試當中。