*種具有示值漂移自動(dòng)消除能力的電子天平概述:
1引言
為推進(jìn)*等級(jí)砝碼配套電子天平國產(chǎn)化,北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)*投入人力物力,研制了*臺(tái)20kg杠桿式全自動(dòng)電子天平。測(cè)試表明,其計(jì)量技術(shù)性能取得了較大提*,是**款可以作為配套設(shè)備檢定E1等級(jí)公斤組(2kg~20kg)砝碼的電子天平。在研制過程中,為消除電子天平示值漂移的影響,對(duì)電子天平作了特殊的設(shè)計(jì),并根據(jù)其特性,采用了適合的算法,本文對(duì)這些情況進(jìn)行了介紹。
2示值漂移消除的基本原理
質(zhì)量計(jì)量的*建議R111中,明確表述采用ABBA或ABA循環(huán)可以消除示值漂移,這也是在《JJG99-2006砝碼檢定規(guī)程》中,明確要求砝碼檢定需采用以上兩種循環(huán)*的主要原因。示值漂移消除的基本原理見圖1,以ABBA循環(huán)為例。圖中,標(biāo)準(zhǔn)砝碼或被檢砝碼每次稱量都會(huì)伴隨示值漂移,但具體到用*個(gè)ABBA循環(huán)作為*個(gè)有效測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí),得到的是標(biāo)準(zhǔn)砝碼和被檢砝碼的差值,這也是砝碼檢定*需要的結(jié)果,即只要差值不變或變化在可接受的范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以接受。如上*述,示值漂移的消除并不困難,只要采用ABBA或ABA的閉環(huán)循環(huán)方式即可實(shí)現(xiàn)?,F(xiàn)實(shí)工作中,*卻沒能生產(chǎn)出具有這種示值漂移消除功能的電子天平。究其原因,圖1*示的橫坐標(biāo),即時(shí)間量成為*個(gè)非常重要的制約因素,因?yàn)闆]有人能做到多次稱量中,每次的時(shí)間間隔相同或相近,如果時(shí)間間隔變化較大,這種方法對(duì)于示值漂移的消除能力就顯得非常有限??梢?研制具有這種稱量時(shí)間間隔*致的電子天平,是實(shí)現(xiàn)電子天平示值漂移消除的前提,據(jù)此思路,我們研制了*臺(tái)全自動(dòng)電子天平。
3全自動(dòng)電子天平的介紹
為實(shí)現(xiàn)每次稱量時(shí)間間隔相同,設(shè)計(jì)了如圖2*示的電子天平總體結(jié)構(gòu),完成了砝碼的全自動(dòng)稱量。稱量時(shí),可根據(jù)被測(cè)砝碼的實(shí)際需要和《JJG99-2006砝碼檢定規(guī)程》的要求,定制電子天平工作流程??啥ㄖ频膬?nèi)容包括砝碼檢定的循環(huán)方式(ABBA或ABA)及循環(huán)次數(shù)等。完成電子天平工作流程定制后,可加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼和被檢砝碼于指定位置,發(fā)送命令,啟動(dòng)稱量,電子天平自動(dòng)測(cè)得被檢砝碼的修正值。
4電子天平示值漂移消除前后比較
表1中,重復(fù)性是10次測(cè)量結(jié)果消除漂移后的標(biāo)準(zhǔn)偏差??梢?本電子天平在計(jì)算重復(fù)性時(shí),*先消除了示值漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。以下,通過對(duì)比分析示值漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。4.1不做示值漂移消除的情況
在全自動(dòng)電子天平自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)中,任意抽取對(duì)2kg砝碼計(jì)量的原始數(shù)據(jù)*份,20次測(cè)量原始數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)測(cè)量的基本理論,測(cè)量次數(shù)越多,越接近真值,其平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差越小。計(jì)算砝碼A和B稱量時(shí)示值的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差,均為0.42mg。
4.2消除示值漂移的情況
根據(jù)《JJG99-2006砝碼檢定規(guī)程》,定制AB2BA循環(huán)方式,以每次循環(huán)的結(jié)果為*個(gè)有效測(cè)量值,其計(jì)算方法根據(jù)式1,
4.3示值漂移消除的實(shí)現(xiàn)
結(jié)果研制完成的具有示值漂移自動(dòng)消除功能的電子天平,可以按照ABBA或ABA循環(huán),分別定制電子天平的工作流程。對(duì)每個(gè)具體的工作流程,把*系列測(cè)試結(jié)果,按照每個(gè)循環(huán)得到*個(gè)有效稱量數(shù)據(jù)(以AB之間的距離表示)進(jìn)行連線。就是實(shí)際工作過程中,砝碼示值的連線圖,圖中標(biāo)準(zhǔn)砝碼與配重砝碼的質(zhì)量差值用紅線表示,被檢砝碼與配重砝碼的質(zhì)量差值用綠線表示,只要稱量過程中,紅線和綠線基本保持平行,不論其斜率如何,稱量結(jié)果都是有效的。
5結(jié)束語
通過比較,可以看出,采用本方法,能消除示值漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,對(duì)提*電子天平的計(jì)量技術(shù)性能意義重大。但示值漂移的消除,必須以全自動(dòng)稱量為基礎(chǔ),控制每次稱量時(shí)間間隔。這種完全以時(shí)間作為控制量的控制方法存在*定的缺陷,可能存在粗大誤差,關(guān)于粗大誤差的消除方法,將另行撰文介紹。