启飞汽车

原作者：韩琅光  来源：大众汽车.学术版

摘要
 
    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最终结果，所以，我们必须对电子汽车衡的称量结果进行合理评定，计算测量结果的最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，本文所允许的最大误差值是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，也就是我们最终需要的数值，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。最后计算得到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，根据电子汽车衡的最大量程的1/3重量的砝码放在1/4的秤台面积中，最大的显示数值与最小的显示数值之差，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，最后计算出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质量的砝码的最大允许误差为±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，最后得到：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，其在使用中的最大允许误差值为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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