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    电子吊秤计量测试装置的研制及实践

    作者:程经理     发布时间:2016-07-28

    电子吊秤计量测试装置的研制及实践

    【摘 要】 电子吊秤属于非自动衡器,但又有其独特的特征;电子吊秤采用拉式称重传感器, 称量时货物悬挂在电子吊秤的下方。在进行型式评价及日常检定时,逐级加载或逐级卸载、旋转测 试、最大秤量测试、蠕变测试、温湿度测试都有一定的困难;主要体现在砝码之间如何衔接、安全 性和工作效率如何保证、实验室空间环境及起吊装置的配置等;因此,建设电子吊秤的专用计量检 测装置具有一定的迫切性和重要意义。

    经历两年多的努力,电子吊秤计量测试装置建设完毕,其最大秤量达 30t,可满足(1~30)t 电子吊秤型式评价、委托测试和日常检定;可实现最大秤量测试、旋转测试、温湿度测试等,符合 OIML R76-2006的要求;通过电机驱动和控制系统,大大提高了检测的效率和自动化水平。

    【关键词】 电子吊秤;旋转测试;自动化装置;OIML R76

    一、引言

    电子吊秤是非自动衡器的一类,其主要由吊环、称重传感器、吊钩和显示装置组成,其中称重 传感器多为拉式称重传感器;称量状况下,物品悬挂于吊钩上。电子吊秤遵循型式批准、制造许可 的管理;型式批准执行 JJG555-1996,检定依据 JJG539-1997,目前电子吊秤的国家标准为 GB/T 11883-2002;制造许可考核依据 JJF1246-2010 和衡器制造计量器具许可证考核必备条件。

    与电子台案秤、固定式电子衡器计量检测相比,电子吊秤的计量测试相对难度较大:(1)砝码 悬挂在吊钩上,受力部位和接触区域为吊钩上的狭小接触面;电子台案秤、固定式电子衡器有固定 的秤台,整个秤台都可以作为承载面。(2)依据 JJG555-1996 的测试要求,砝码加载需尽量满足逐 级加载和逐级卸载,这一点对电子吊秤而言较为困难,尤其是目前电子吊秤的量程达到 10t 以上的 量级;对电子台案秤、固定式电子衡器而言,逐级加载和逐级卸载不是技术难题,尤其是目前检衡 车配备液压吊臂或叉车,其效率更加令人满意。

    为解决测试的难点、服务地方产业,在浙江省科技厅的支持下,浙江省计量科学研究院联合昆 山创新科技有限公司开展了电子吊秤计量测试装置的研制和建设。

    二、测试装置设计基本原则

    电子吊秤的型式评价项目主要有:称量测试、旋转测试、鉴别力、重复性、与时间相关的测试(蠕变、回零)、温度试验、温度对空载示值的影响、倾斜、预热试验、电压变化、稳态湿热、干扰性能试验、基本安全性能试验、量程稳定度以及结构核查等。在这些测试项目中包含了如下参数: 质量,即加载砝码量;角度,旋转测试;时间,涉及到蠕变、回零测试;环境条件,温度、湿度; 电参数、电磁环境等。测试不仅是单一参数,还可能是多参数的结合,如蠕变为最大秤量在 30 分 钟的变化情况;旋转测试是在 80%最大秤量下,顺时针和逆时针间隔 90°的测试;稳态温湿为某一 温度、湿度条件下的称量性能。

    电子吊秤计量测试装置的设计基本原则:(1)合适的最大秤量范围,即最大的砝码总量。过小, 不能适用产品升级和发展的要求;过大,造成人力、财力的资源浪费;(2)满足 OIML R76-2006 及JJG555-1996 中关于型式评价的要求,实现逐级加载和逐级卸载;(3)满足旋转测试要求,可实 现顺时针、逆时针 90°位置;(4)满足最大秤量、30min 蠕变测试;(5)满足温度试验、稳态湿热 试验;(6)自动化控制,代替人工劳动。

    目前电子吊秤测量范围较大,使用较多的为 1t 到 30t 之间,50t 及以上的电子吊秤也有应用, 为确保项目建设的前瞻性和现实意义,选定最大秤量为 30t 的测量范围,即最大砝码总量为 30t; 其次,测试过程应尽量采用自动化手段,减少人工干预,提高工作效率;操作程序应尽量做到“傻 瓜化”,提供更为人性化的操作模式;结构设计上,尽可能选择较为可靠的技术模式,尽量减少新 技术概念引入的风险。

    三、电子吊秤计量测试装置

    电子吊秤计量测试装置结构如图 1 所示,整体共 3 层结构,下面两层为砝码组,其中底层为大 砝码组,规格为 500kg、1000kg、2000kg 和 5000kg;中间层为小砝码组,规格为 10kg、30kg、50kg、 100kg和 300kg;顶层为工作空间,电子吊秤悬挂在吊杆和丝杆之间,温湿度试验箱采用可移动结 构,不使用时,搁置在旁边;顶部设计为电机驱动丝杆,可实现旋转测试。

    1.砝码组合及配置

    电子吊秤计量测试装置配置了 M1 等级砝码组,砝码规格如表 1,其中 2000kg 砝码和 5000kg 砝码组均由 1000kg 砝码组合而成,如此设计是因为质量比较仪最大量程为 1000kg,可利用现有设 备进行溯源活动。如此砝码配置可满足(1~30)t 电子吊秤的称量测试,满足 20e、500e、1/2Max、 2000e 和 Max 测试点要求,砝码配置可实现测试点如表 2 所示。

    表 1 配置砝码组

    砝码规格

    10kg

    30kg

    50kg

    100kg

    300kg

    数量

    2

    1

    1

    1

    1

    砝码规格

    500kg

    500kg

    1000kg

    2000kg

    5000kg

    数量

    1(中心吊杆)

    1

    2

    1

    5

    表 2 电子吊秤计量测试装置测试能力及测试点

     

    电子吊秤最大秤量 Max/kg

    1000

    2000

    3000

    5000

    10000

    15000

    20000

    30000

    10e

    5

    10

    10

    20

    50

    50

    100

    100

    20e

    10

    20

    20

    50

    100

    100

    200

    200

     

    50

    50

    100

    100

    500

    500

    500

    500

     

    100

    100

    200

    500

    1000

    1000

    1000

    1000

     

    150

    200

    /

    /

    /

    /

    2000

    2000

    500e

    250

    500

    500

    1000

    2500

    2500

    5000

    5000

     

    /

    /

    1000

    2000

    /

    /

    /

    10000

    1/2max

    500

    1000

    1500

    2500

    5000

    7500

    10000

    15000

    2000e

    /

    *1500

    2000

    4000

    *8000

    10000

    *15000

    20000

    max

    1000

    2000

    3000

    5000

    10000

    15000

    20000

    30000

    注:*非 2000e 对应点,而是根据砝码配置,在 1/2Max 和 Max 之间插入的测量点。

    2.丝杆、驱动电机系统

    丝杆、驱动电机系统主要功能是调整丝杆的合适高度,以适应不同型号、规格的电子吊秤,可 实现丝杆、电子吊秤、中心吊杆的自适应调整对中;旋转测试;砝码的升降,以满足装配、拆卸和 周期检定要求。

    3.砝码升降机构

    通过同步带,采用一个伺服电机同步驱动三个滚珠丝杠升降机构,实现三点联动,保证砝码加、 卸载时的同步平稳。同步带集齿轮传动,带传动等优点与一身,并且成本低;通过导向结构,可以 实现空间任意角度、任意位置的高速同步精确传动。

    4.质量保持系统

    受配置砝码的限制,在某些测量质量点,需要先卸载部分砝码,然后再加载较大的砝码,从而 实现加更大的加载量,这个过程就是砝码交换过程;如果按照上述的步骤,不可避免的就违背了“逐 级加载、逐级卸载”的原则。解决方法:在卸载部分砝码时,给中心吊杆强制施加约束,通过传感 器反馈,强制保持其原有的质量值;在加载较大砝码时,缓缓解除约束,使得加载砝码逐渐的落在 中心吊杆上,从而保障逐级加载的要求。

    此外,在被检电子吊秤意外发生断裂,加载砝码下落,力保持机构还能阻止下落过程,使得砝 码质量承载在该机构上,起到保护作用。

    5.砝码卸载通道

    砝码作为一种实物量具,其数值变化量极小,但砝码仍需定期进行检定或校准,JJG99-2006《砝 码》7.5.3 规定了专用砝码的检定周期,需遵循其相应设备检定规程中的有关规定。在电子吊秤计量 测试装置中设计了一个六边形地基基础和下通道,通过中心吊杆的升降,将砝码逐级下落至下通道 的小车,运输出来进行检定。这种独特的结构空间设计,完全改变了以往静重机砝码装配后难以进行溯源的情况。

    四、电子吊秤计量测试装置建设

    在新基地实验室建设开始筹划、设计实验室的面积,楼层的高度;施工地基基础部位;到设备 进场主框架的安装、砝码的装配;工作平台混凝土夹层的浇筑;实验室的装修;设备的调试等。图 6 为砝码现场称重图片,图 7 为建设过程图片,图 8 为建设完工图片。

    五、结束语

    电子吊秤计量测试装置尽管建设完毕,但其运行和提供计量测试服务却是刚刚开始。衡器计量 是传统的计量领域,从古代到今天,跨越了几千年的时间,但其计量方法仍未变化,仍是采用标准 砝码比较的方式;但衡器计量也出现一些新的状况,称量范围的不断扩大,电子汽车衡达到 200t、 电子吊秤达到 100t,远超过个人动手能力所承受的劳动强度,因此更新计量测试设备,采用机械、 自动化的方式替代人工劳动将成为不可逆转的趋势,电子吊秤计量测试装置也是在自动测试领域的 一次尝试。

    参考文献

    1.JJG555-1996, 非自动秤通用检定规程.

    2.OIML R 76-2006, Non-automatic weighing instruments Part 1: Metrological and technical requirements – Tests.

    3.GB/T 11883-2002, 电子吊秤.

    作者简介

    马丙辉,男,出生于 1979 年,浙江省计量科学研究院衡器专业,博士,高级工程师。

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