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电子汽车衡的不确定度分析
编辑:中山市恒之高自动化称重设备有限公司   时间:2019-03-02

电子汽车衡是当前贸易结算、高速收费站测量汽车质量的测量设备,称量的准确程度将直接影响测量过程的结果,所以,我们必须对电子汽车衡的称量结果进行合理评定,计算测量结果的更佳估计值以及分散性大小,并且本文介绍了电子汽车衡测量不确定度评定方法及过程,以期能够帮助相关企业提高电子汽车衡的准确度。

 

一、测量的对象和依据 
(一)本文的测量依据及客观条件
本文所依据的标准是:JJG539-1997《数字指示秤检定规程》。环境条件分别是:温度在零下十摄氏度到零上四十摄氏度之间、湿度范围在70%RH以下、室外检定现场没有雨雪等恶劣天气、风力在4级以下。本文的测量标准是:M1级砝码。
  
(二)本文的被测量对象及误差允许范围
电子汽车衡Ⅲ级。本文使用的检定分度值是e,1e代表10kg的质量,本文所允许的大误差值是0-500e再允许±0.5e,500e-2000e再允许±10e,2000e以上再允许±1.5e。这就是本文的被测对象,以及允许的误差范围。
  
(三)实际测量的过程
在实际测量中,我们使用直接加载砝码和直接卸载砝码的方式,控制被测量物的质量,这样的方法虽然比较麻烦,但是非常实用,造成的误差也会较少,我们采取分段测量的方式记录电子汽车衡的显示数值,然后再把这个数值和标准砝码的质量进行对比,这两者的质量之差就是我们需要的误差值。测量过程如下图:

 

二、本文使用的数学模型
E=I-L+0.5e-ΔL
在这个公式中,各个字母代表了各自的含义:E代表了电子汽车衡的误差,也就是我们需要的数值,单位是kg;L代表了标准砝码的质量数值,单位是kg,I代表了在电子汽车衡上显示的标准砝码为L时的数值,单位是kg;e代表了分度值,在上文中已经提到,单位是kg;ΔL代表了需要附加的砝码质量数值,单位也是kg。
 
三、不确定度的来源分析
不确定度的来源主要从以下几个方面来分析,包括设备、人员、环境、方法及被测对象等因素。
(1)电子汽车衡显示的数值I的不确定度来源用u(I)表示,它主要是由电子汽车衡测量重复性u(I1)、分辨率u(I2)、偏载误差u(I3)三项组成。
(2)标准砝码L的不确定度用u(L)表示。
(3)附加砝码ΔL的不确定度用u(ΔL)表示。
(4)环境条件变化影响的不确定度用u4表示。
 
四、电子汽车衡的不确定度分量的计算
(一)计算电子汽车衡示值I的不确定度u(I)
因为我们采用直接加载和卸载标准砝码的方法进行试验,具体操作人员在放置砝码以及读取数值的过程中,难免会产生这样或者那样的误差,这时,我们就需要对电子汽车衡的某点进行重复性测量,计算此时的不确定度,u(I1)。具体的方法是:选取生产厂的一个电子汽车衡,测量的质量范围在0-30t之间,检定分度值是10kg。在质量达到10t的时候,对电子汽车衡反复进行5次测量,得到的测量数值为Xi。后面计算得到u(I1)=0.32kg
 
(二)电子汽车衡分辨力引起的标准不确定度分量u(I2)
对于使用数字显示的方式进行测量的仪器,由于分辨力(δX)引起的不确定度用公式u(δX)=029δX来表示,因此:u(I2)=0.29×e=2.9kg。
 
(三)电子汽车衡偏载误差引起的标准不确定度分量u(I3)
我们对电子汽车衡进行偏载检定,根据电子汽车衡的大量程的1/3重量的砝码放在1/4的秤台面积中,大的显示数值与小的显示数值之差,不应超过允许的误差值,半宽为10kg,一般取其误差为偏载检定时的1/3,并服从均匀分布,后面计算出u(I3)=1.92kg。

 

(四)标准砝码L的标准不确定度u(L)
我们通过查阅资料得知,1t质量的砝码的允许误差为±0.05kg,我们认为这种误差方式服从均匀分布理论,1t砝码的标准不确定度因标准砝码共30t,故得u(L)=30×u′(L)=30×0.03kg=0.90kg[2]。
 
五、合并不确定度分量
 
(一)标准不确定度汇总
 
(二)合成标准不确定度
 由于上文中的上各种不确定度分量没有存在任何联系,它们互不相关,所以合并这些不确定度分量,公式为:
u2c(E)=[EI×u(I)]2+[EI×u(L)]2
uc(E)=3.492+0.902kg=3.6kg
 
(三)合成标准不确定度有效自由度νeff
 它的公式为:
νeff=u4c(E)[c1u(I)]4νI+[c2u(L)]4νL=73
取νeff=50
 
(四)扩展不确定度U
我们已经合成了不确定度uc(E),再乘以置信因子k,置信概率为95%,νeff=50,后面得到:k=201,则:U=kuc(E)=2.01×3.6kg≈7.0kg。
 
六、总结
电子汽车衡的检定分度值为10kg,在质量为10t时的示值误差为1kg,其扩展不确定度为7.0kg,其在使用中的允许误差值为30kg,7.0kg<(1/3×30)kg,所以,这个电子汽车衡符合检定系统的要求。

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