3000e精度的III級秤,綜合精度如下所示:比如一臺3t/1kg秤,通常采用四只C3傳感器,秤的檢定分度數3000,檢定分度值e=1kg。
注:以上是檢定時的允差要求,使用中允許允差翻倍。通過計算我們發現三段允差對應不同的量程會有三段不同的相對誤差。
那么問題來了,從0.02%F.S的單只傳感器精度到全量程甚至不足0.1%F.S的衡器精度,精度差了如此之大,引入的系統誤差如此之大,如何才能進一步提升衡器的測量系統精度?
衡器是一套稱重測量系統,傳感器、稱重儀表、秤臺機械機構都和整機衡器的精度密切相關。在傳感器精度尚可的情況下整機精度引入的系統誤差較大,可能是整機衡器在設計時傳感器選型不夠合理(線性精度、靈敏度、量程),對傳感器的線性精度處理利用方法不夠好,稱重儀表的運算精度不夠高(高精度AD、稱重數據的軟件處理算法),秤臺結構設計的不合理(剛性不足)、傳力結構不夠好(受力狀態不穩定、重復性加載復位不夠好)等原因。
按常規設計采用C3傳感器的稱重系統引入的系統誤差在低量程段甚至超過0.1%,而即使將傳感器提升到C10精度也僅提升0.015%,如果不系統性解決整個測量系統引入的誤差問題、僅靠提升傳感器的精度顯然很難能將整機測量系統的精度提升到較高的精度,也很難保持精度的長期穩定性。因為外來誤差抵消了傳感器的精度提升帶來的有利影響。比如秤臺傳力結構不好,水平度控制不好,僅僅將C3傳感器換成C10傳感器并不能較好的提升系統精度,只有同時控制住了其他影響因素,提升傳感器的精度才有較好的結果。
目前行業內對測量系統精度的提高主要靠提高傳感器的精度等級,罕見有廠家從控制系統誤差的角度出發去提高系統精度。將傳感器從C3精度提升到C6甚至C10,從C4精度開始,再繼續提升精度基本上都是將模擬信號傳感器做成數字信號傳感器,其本質上是將采用應變片技術的的模擬信號傳感器加裝AD模塊輸出數字信號,稱之為數字傳感器,它從根本上來講是應變式模擬傳感器的數字化。
為何采用數字傳感器?除了傳輸更遠、可以加密、可以做一些智能化應用等好處外,最大的好處是將AD裝入了傳感器后,可以直接在傳感器本體內進行信號采集處理,在傳感器內做蠕變、線性等各種精度指標的補償,這確實可以一定程度上提升精度,通過逐項補償優化傳感器的單項誤差,這樣可以更容易做出符合檢定要求的高準確度等級傳感器。
傳感器的加載和輸出的相對關系并不是直線,而是接近曲線,即實際輸出和理想輸出存在非線性偏差。常用的線性誤差補償手段主要有插值法多點標定、曲線擬合法貼近真實曲線。對傳感器進行補償也有一定的局限性,廠內的加載方式和實際工況的加載方式并不一樣,使用中沖擊加載導致的受力基準點的偏移,仍然會出現精度不準需要校準處理。通過多點標定做線性補償早在十多年前模擬信號傳感器上就有應用,當時針對線性不夠好的傳感器是通過在儀表內進行多點標定的方式提升衡器的線性精度,比如三點標定、五點標定。剛開始效果尚可,待使用一段時間后當標定點發生信號偏移,開始出現不準,需要再次多點標定。如果傳感器本身線性不夠好,即使采用多點標定、補償等方式對精度進行提升到,其長期穩定性如何保持,也是一個技術難題。
綜上,提高衡器的稱重精度是一項系統工程,僅優化一個方向往往無法達到較好的精度。傳感器方向:對傳感器的靈敏度合理選擇、線性精度合理優化利用、提升線性精度,秤臺方向:優化秤臺機械設計、加工精度控制、傳力結構優化,稱重儀表方向:高精度電路設計、儀表軟件算法優化,安裝:安裝很關鍵,安裝水平度和受力點的強度必須控制好,才能保證高精度。最終目標是大幅縮小系統外來誤差,提高衡器整體測量系統的精度和長期穩定性。
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