本文試圖從OIML R76對電子秤環(huán)境制約因素的規定入手,結合使用現場(chǎng)氣候條件的 基本概念分析與計算,充分論述了室外氣候條件下電子秤的最大檢定分度數n值不能大于3000 的理由,并呼吁我國計量監督執法部門(mén)與制造廠(chǎng)商、用戶(hù)應該共同遵循這一國際通用的計量法規。
前言
目前非自動(dòng)衡器國際標準,就是國際法制計量 組織OIML)起草的R7《非自動(dòng)衡器》國際建議,該 建議將非自動(dòng)衡器產(chǎn)品的技術(shù)條件與檢定規程作了 合并。OIMLR76國際建議實(shí)際上就是目前國際上 唯一的非自動(dòng)衡器通用產(chǎn)品標準與檢定規程。
我國國家計量檢定規程JJG 555-9《非自動(dòng)秤 通用檢定規程》與國家標準GB/T7722- 200《電子臺 案秤》,在技術(shù)內容上全面采用了國際法制計量組織 (OIML) R76國際建議。特別是檢定規程經(jīng)過(guò)近10 年全國范圍的宣貫,巳普遍被國內同行所接受并采 用。但是在規程執行中還有不少條款并沒(méi)有引起我 國計量監督執法部門(mén)與制造廠(chǎng)商、用戶(hù)的重視,例如 OIML R76在衡器的影響量和制約因素中明確規 定,一般室外條件下使用的電子秤最大檢定分讀數n 值不能大于3000。但遺憾的是,近年來(lái)我國有相當 多的電子秤產(chǎn)品,在計量監督執法部門(mén)和制造廠(chǎng)商、用 戶(hù)間的產(chǎn)品供需技術(shù)要求中,視這一規定于不顧,市 場(chǎng)上最大檢定分度數n值大于3000的產(chǎn)品比比皆 是。制造廠(chǎng)商一味迎合用戶(hù)的需要,不顧現場(chǎng)的使用 環(huán)境,互相攀比高精度,使戶(hù)外使用電子秤的最大檢定 分度數 n=4000、5000、6000、8000 甚至 10000 以上。 而相當一部分計量監督技術(shù)機構,在檢定中往往也 認同這一做法,從而造成嚴格按計量法規與標準生 產(chǎn)的電子秤沒(méi)有市場(chǎng),而不符合此規定的產(chǎn)品卻大有市 場(chǎng),而且近來(lái)有越演越烈之勢。筆者認為不顧使用環(huán)境 一味追求高精度的不正之風(fēng)必須止步!
1.使用環(huán)境影響量與制約因素
國 際 法 制 計 量 組 織 ( OIML) R76 國 際 建 議 在 1992年版的其它影響量和制約因素的技術(shù)要求條款中,很明確地規定:對于室外安裝又無(wú)適當抵抗 氣候條件保護措施(suitable protection against atmospheric conditions)的衡器,若其檢定分度數n相對過(guò)大,則通常滿(mǎn)足不了計量要求和技術(shù)要求。 (一般而言,n值不能超過(guò)3000。此外,對汽車(chē)衡或軌道衡,其檢定分度值應不小于10kg)。這些限制也應 適用于組合式電子秤或多范圍衡器的各個(gè)稱(chēng)量范圍, 或適用于多分度電子秤的各局部稱(chēng)量范圍。”005年 最新2CD版的OIML R76對這一問(wèn)題又作了進(jìn)一 步的說(shuō)明n值=3000僅在極為特殊的測量中能夠超 過(guò)(can only be exceeded with very special measures) ” (見(jiàn)參考文獻[1])。也就是說(shuō),只有在特殊的建立標 準條件下或作控制衡器時(shí),可臨時(shí)使檢定分度數n 超過(guò)3000。我國國家計量檢定規程JJG 555-9《非 自動(dòng)秤通用檢定規程》見(jiàn)參考文獻[2])與最新國家 標準GB/T7722-200《電子臺案秤》:見(jiàn)參考文獻[3J 也針對上述要求作了相應的規定。
上述規定解釋如下:
(1)戶(hù)外或半戶(hù)外使用的衡器,如無(wú)適當抵抗氣候條件的保護措施時(shí):
——對于單秤臺、單范圍、單分度衡器:最大檢 定分度數 n 值不能夠超過(guò) 3000。
—對于組合式電子秤、多范圍電子秤的各個(gè)稱(chēng)量 范圍,或多分度衡器的各局部稱(chēng)量范圍:ni值也不能 夠超過(guò) 3000。
例如:用于露天或半露天貿易市場(chǎng)的ACS-15kg 電子計價(jià)秤,無(wú)適當抵抗氣候條件的保護措施也就 是無(wú)防御刮風(fēng)、下雨,無(wú)防日曬或環(huán)境高低溫超出 產(chǎn)品允許溫度范圍)等保護措施時(shí),n或ni值≤3000。如單分度,則e≥5g,如多分度、多范圍Max1= 6kg,Max2=15kg),則 e1≥2g,e2≥5g。
又如:用于露天或半露天貿易市場(chǎng)的TCS-300kg 電子臺秤,無(wú)適當氣候保護措施時(shí),n或ni值≤ 3000。如單分度,則e≥100g,如多分度、多范圍 (Max1=100kg,Max2=300kg),則 e1≥50g,e2≥100g。
(2)汽車(chē)衡或軌道衡,除了應滿(mǎn)足上述條款n 或ni值≤3000)外,還應滿(mǎn)足其檢定分度值不小于 10kg。舉例說(shuō)明如下表1:
目前我國的汽車(chē)衡或軌道衡產(chǎn)品能夠完全按上 述要求生產(chǎn)的為數不多,特別是最大秤量40t、50t、 80t、100t的往往都按檢定分度值e=10kg,豈不知最 大檢定分度數n值分別達到了 4000、5000、8000、 10000。而最大秤量10t、20t的往往都按檢定分度值 e=5kg大大超過(guò)了第1) ( 2)條的規定。此問(wèn)題應引 起國內同行計量監督執法部門(mén)與制造廠(chǎng)商、用戶(hù)) 的足夠重視。
也許國內不少電子秤制造商會(huì )提出,現在中國是 市場(chǎng)經(jīng)濟,用戶(hù)需求是供貨商的最大目標。但是,大 家別忘了用戶(hù)需求必須要有一個(gè)前提,那就是要相 信科學(xué)規律,要符合計量法律法規。離開(kāi)了這一大 前提就談不上市場(chǎng)經(jīng)濟的用戶(hù)需求。下面本人就 OIMLR76在此條規定上的理由作出論述。
2.氣候條件的分析與計算
2.1大氣壓影響
由于地球周?chē)髿獾闹亓慷a(chǎn)生的壓強,即大 氣壓強簡(jiǎn)稱(chēng)氣壓),是氣候條件變化的重要因素之 一。其大小與高度、溫濕度等條件有關(guān)。在高山上的 大氣壓小于地面上的大氣壓,在水平方向上,大氣壓 的差異會(huì )引起空氣的流動(dòng)。大氣壓力變化會(huì )造成物 體重量的變化。因此,在OIMLR60稱(chēng)重傳感器》中 規定,當大氣壓力變化1kPa時(shí),傳感器輸出變化不 得大于最小檢定分度值Vm;見(jiàn)參考文獻)。即使電子秤用的傳感器巳經(jīng)過(guò)大氣壓力影響試驗,使用 地點(diǎn)的溫濕度等條件的變化也會(huì )造成空氣中水汽 壓強的變化,以及大氣環(huán)流、低氣壓、低壓槽、高氣 壓、高壓脊等氣候變化,從而影響到高準確度計量。
2.2溫度影響
溫度是標志物體內部分子熱運動(dòng)平均動(dòng)能增減 的物理量。電子秤使用場(chǎng)地的溫度變化是直接導致準 確度下降的重要因素。
在最新的OIML R76- 2005: 2CD)中除了整機溫度測試外,還針對六線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器的長(cháng)線(xiàn)溫度補償的反饋功能,要求用電纜模擬電阻器對電纜長(cháng)度 的不同,受溫度影響引起的量程變化進(jìn)行測試。對零 點(diǎn)與最大模擬)載荷之間的量程與整個(gè)衡器溫度范 圍相對應的溫度變化,可能會(huì )引起電阻的變化。對應 于最小與最大工作溫度范圍的電阻變化量ARiemp。 應用下列公式確定見(jiàn)參考文獻:
一般情況下,電子秤如無(wú)特殊要求,適用溫度范圍 都為-10°C-40°C,電子秤型式批準的溫度測試也按此 范圍進(jìn)行。對于⑩級秤,一般要求達到n=3000時(shí)的 mpe指標。但是在夏天烈日當空的露天條件下,特別 是沒(méi)有遮陽(yáng)措施的汽車(chē)衡或軌道衡產(chǎn)品的上蓋板或 鋼軌表面溫度一般要高出地面氣溫近10-30°C,例 如,當氣溫為30°C時(shí),可測得產(chǎn)品的表面溫度達 40-60C,這與規定的使用場(chǎng)地的溫度范圍有較大的 區別。對于北方高寒地區,同樣如不采取特殊措施, -10°C的使用溫度是遠不夠的。據本人所知,目前國 內對高寒地區使用的秤臺傳感器采取加熱保護措施 的廠(chǎng)家微乎其微。在這種現場(chǎng)溫度超出了規定使用 溫度范圍的衡器又如何保證得了 n=3000準確度的 計量呢?
2.3濕度影響
濕度表示大氣干濕程度的物理量。常用絕對濕度、相對濕度來(lái)評定。
絕對濕度一單位體積空氣中所含水蒸氣的質(zhì) 量。例如,20°C空氣中水蒸氣達到飽和時(shí),為17.3gm3。
相對濕度 空氣中實(shí)際所含水蒸氣密度(或壓強)和同溫度下飽和水蒸氣密度或壓強)的百分 比值。單位為%R.H。
通常情況下,OIML R76規定電子秤型式批準的濕 熱測試僅做20°C時(shí)50%R.H到規定高溫時(shí)85%R.H 再回到20°C時(shí)50%R.H的濕熱穩定試驗,對于⑩級 秤,一般要求達到n=3000時(shí)的mpe指標。但是實(shí)際 上,在南方的梅雨季節,電子秤現場(chǎng)的大氣濕度要遠高 出85%R.H。在廣東等省大部分南方地區的雨季實(shí) 際水蒸氣達到飽和液體和蒸氣平衡),甚至墻壁淌 水,相對濕度近100%。在這種現場(chǎng)使用的衡器如何 保證得了 n=3000準確度的計量。如果在產(chǎn)品標準 或檢定規程中,規定現場(chǎng)使用環(huán)境濕度不得大于 85%R.H或90%R.H,那么大量露天或半露天甚至室 內使用而無(wú)除濕措施的衡器將無(wú)法在高濕氣候條件 下使用。
2.4風(fēng)力影響
風(fēng)的概念在氣象上常指空氣在水平方向的流 動(dòng)。通常用風(fēng)向和風(fēng)速或風(fēng)級)表示。風(fēng)能使干冷和 暖濕氣流交換。風(fēng)能使被稱(chēng)物體移動(dòng)。因此,風(fēng)力的 大小將直接影響到露天和半露天使用衡器的計量準 確度。
風(fēng)力的大小等級是根據風(fēng)對地面物體影響程度 而定出。一般稱(chēng)蒲福Francis Beaufort)風(fēng)級”共分 18個(gè)等級?,F將部分較小的風(fēng)級列下表I見(jiàn)參考文 獻:
從上述風(fēng)級表中可看出,當風(fēng)級不低于2級時(shí), 漁船張帆,可隨風(fēng)移動(dòng)2-3km/h。樹(shù)葉響動(dòng),風(fēng)向標 轉動(dòng)。即可造成由小到大的稱(chēng)量誤差。當風(fēng)級不低于 6級時(shí),就可能造成短時(shí)間內風(fēng)速強弱變化劇烈的 陣風(fēng),甚至暴風(fēng)。風(fēng)除了水平方向移動(dòng)外,也可能從上 到下傾斜或垂直移動(dòng),此時(shí)對秤臺的稱(chēng)重影響更大。
要了解風(fēng)力的大小,首先應討論風(fēng)壓的計算見(jiàn) 參考文獻[6])。根據伯努利方程可得出風(fēng)的動(dòng)壓公 式如下:
由式6)可知,只要巳知風(fēng)速即可求得風(fēng)壓?,F 在我們將風(fēng)級6級時(shí)最大風(fēng)速13.8m/s代入上式, 得到風(fēng)壓Wp=0.12 kN/m2)。也就是說(shuō)每平方米的迎 風(fēng)面積承受約0.12kN的風(fēng)力。
風(fēng)力大小對被稱(chēng)物稱(chēng)量誤差的影響,可用下式 表示:
現舉例一臺汽車(chē)衡或軌道衡,6級陣風(fēng),風(fēng)向與 地面夾角為30°,風(fēng)壓Wp=0.12kN/m2,根據一般汽車(chē) 衡或軌道衡的迎風(fēng)面積假設為2m2,風(fēng)的推力即可 達到0.24kN,而對被稱(chēng)物就可產(chǎn)生0.12kN的垂直 分力,也就是說(shuō)對稱(chēng)量結果產(chǎn)生12.2kg的誤差。當 風(fēng)向與地面夾角為45°,當風(fēng)的推力還是0.24kN 時(shí),就可對被稱(chēng)物產(chǎn)生0.17kN的垂直分力,也就是 說(shuō)對稱(chēng)量結果產(chǎn)生17.3kg的誤差。大家都知道一般 在刮風(fēng)季節,6級以上的陣風(fēng)也是很正常的,但是如 果風(fēng)力大到7-8級以上,推力增大,上述的誤差將 更大。從上述計算可以充分說(shuō)明衡器露天或半露天 使用時(shí),由于風(fēng)力的原因,檢定分度數不能大于 3000的理由。
2.5雨雪影響
降水物——從云、霧中下降的液態(tài)如雨)或固 態(tài)水分如雪、冰雹),或近地氣層中水汽凝于物體上 的霜、露均稱(chēng)為降水物。
降水量一一在一定時(shí)段內,降落到地面上的降 水所積成的水層深度,以毫米數表示。
對于露天使用的汽車(chē)衡或軌道衡,如果在下雨 天繼續計量,即使不考慮天氣濕度的影響,也要考慮 降水物對稱(chēng)量結果產(chǎn)生的影響?,F假設一臺3.4X 18m的汽車(chē)衡,下雨時(shí)即使不考慮被稱(chēng)汽車(chē)上積水 深度造成重量的變化,單秤臺上蓋板18m長(cháng)度上假 設有1cm不平整造成的積水深度,照下式推算:
由上式8)可推算出,由于雨水而對空秤臺零點(diǎn) 產(chǎn)生153kg的稱(chēng)量誤差。
上述問(wèn)題說(shuō)明了在下雨天時(shí),如果進(jìn)行計量將 會(huì )帶來(lái)很大的稱(chēng)量誤差?,F在一般檢定機構知道雨 天不能檢定, 但是在實(shí)際使用中又有多少用戶(hù)重視 雨天不能計量呢?
結束語(yǔ)
綜上所述,國際法制計量組織OIML R76國際 建議規定了對于室外安裝又無(wú)適當抵抗氣候條件的 保護措施的電子秤,檢定分度數n值不能夠超過(guò) 3000。從使用現場(chǎng)氣候條件的各種影響因素分析,可 得出此規定的合理性。我國目前有相當一部分電子秤生產(chǎn)企業(yè),包括一些很有影響力的企業(yè),依然將使用 現場(chǎng)氣候條件于不顧,片面追求衡器的高準確度,銷(xiāo) 售中在用戶(hù)面前互相攀比高準確度,而使用中不管現場(chǎng)氣候條件對電子秤的準確度影響有多少。片面認為只要一次標定達到 了高準確度,就認為該秤可以按高準確度使用。他 們往往忘記了,電子秤的準確度的評定是以使用中的 稱(chēng)量結果為依據的。不考慮環(huán)境因素,只把在理想 狀態(tài)下的稱(chēng)量結果作為電子秤稱(chēng)量依據,是站不住腳 的。大家如果感興趣的話(huà),可以將世界上一些工業(yè) 發(fā)達國家的電子秤產(chǎn)品作測試比較,無(wú)論是地上衡、汽 車(chē)衡還是軌道衡,可靠性往往高于我國的產(chǎn)品,但是 準確度一般以滿(mǎn)足使用要求即可。
上述的論點(diǎn)與分析計算充分證明了一般室外氣 候條件下電子秤的最大檢定分讀數n值不能大于 3000的理由。在此,本人再一次呼吁我國計量監督 執法部門(mén)與制造廠(chǎng)商、用戶(hù)共同遵循這一計量法規。 刻不容緩!