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一种具有示值漂移自动消除能力的电子天平概述
时间:2019/9/18 15:33:21 点击次数:1606

一种具有示值漂移自动消除能力的电子天平概述:

1引言

为推进高等级砝码配套电子天平国产化,北京航天计量测试技术研究所投入人力物力,研制了一台20kg杠杆式全自动电子天平。测试表明,其计量技术性能取得了较大提高,是国内首款可以作为配套设备检定E1等级公斤组(2kg~20kg)砝码的电子天平。在研制过程中,为消除电子天平示值漂移的影响,对电子天平作了特殊的设计,并根据其特性,采用了适合的算法,本文对这些情况进行了介绍。

2示值漂移消除的基本原理

质量计量的国际建议R111中,明确表述采用ABBA或ABA循环可以消除示值漂移,这也是在《JJG99-2006砝码检定规程》中,明确要求砝码检定需采用以上两种循环之一的主要原因。示值漂移消除的基本原理见图1,以ABBA循环为例。图中,标准砝码或被检砝码每次称量都会伴随示值漂移,但具体到用一个ABBA循环作为一个有效测量数据时,得到的是标准砝码和被检砝码的差值,这也是砝码检定所需要的结果,即只要差值不变或变化在可接受的范围内,实验结果就可以接受。如上所述,示值漂移的消除并不困难,只要采用ABBA或ABA的闭环循环方式即可实现。现实工作中,国内却没能生产出具有这种示值漂移消除功能的电子天平。究其原因,图1所示的横坐标,即时间量成为一个非常重要的制约因素,因为没有人能做到多次称量中,每次的时间间隔相同或相近,如果时间间隔变化较大,这种方法对于示值漂移的消除能力就显得非常有限。可见,研制具有这种称量时间间隔一致的电子天平,是实现电子天平示值漂移消除的前提,据此思路,我们研制了一台全自动电子天平。

3全自动电子天平的介绍

为实现每次称量时间间隔相同,设计了如图2所示的电子天平总体结构,完成了砝码的全自动称量。称量时,可根据被测砝码的实际需要和《JJG99-2006砝码检定规程》的要求,定制电子天平工作流程。可定制的内容包括砝码检定的循环方式(ABBA或ABA)及循环次数等。完成电子天平工作流程定制后,可加载标准砝码和被检砝码于指定位置,发送命令,启动称量,电子天平自动测得被检砝码的修正值。

4电子天平示值漂移消除前后比较

表1中,重复性是10次测量结果消除漂移后的标准偏差。可见,本电子天平在计算重复性时,首先消除了示值漂移对测量结果的影响。以下,通过对比分析示值漂移对测量结果的影响。4.1不做示值漂移消除的情况

在全自动电子天平自动记录的数据中,任意抽取对2kg砝码计量的原始数据一份,20次测量原始数据见表2。根据测量的基本理论,测量次数越多,越接近真值,其平均值的标准偏差越小。计算砝码A和B称量时示值的平均值的标准偏差,均为0.42mg。

4.2消除示值漂移的情况

根据《JJG99-2006砝码检定规程》,定制AB2BA循环方式,以每次循环的结果为一个有效测量值,其计算方法根据式1,

4.3示值漂移消除的实现

结果研制完成的具有示值漂移自动消除功能的电子天平,可以按照ABBA或ABA循环,分别定制电子天平的工作流程。对每个具体的工作流程,把一系列测试结果,按照每个循环得到一个有效称量数据(以AB之间的距离表示)进行连线。就是实际工作过程中,砝码示值的连线图,图中标准砝码与配重砝码的质量差值用红线表示,被检砝码与配重砝码的质量差值用绿线表示,只要称量过程中,红线和绿线基本保持平行,不论其斜率如何,称量结果都是有效的。

5结束语

通过比较,可以看出,采用本方法,能消除示值漂移对测量结果的影响,对提高电子天平的计量技术性能意义重大。但示值漂移的消除,必须以全自动称量为基础,控制每次称量时间间隔。这种完全以时间作为控制量的控制方法存在一定的缺陷,可能存在粗大误差,关于粗大误差的消除方法,将另行撰文介绍。

电子天平

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