本文通過對(duì)電子秤的工作原理的介紹剖析了電子秤誤差的來源及種類,針對(duì)電子秤四角偏載.稱量.鑒別力及重復(fù)性等誤差做了進(jìn)一步的分 析，并對(duì)示值誤差的確定做了簡(jiǎn)單的闡述。

前言

電子秤的誤差是對(duì)稱量結(jié)果準(zhǔn)確度的定量描述。電 子秤在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到誤差問題，這不僅影響電子秤 使用的可靠性，也會(huì)不同程度損害電子秤使用者的利益。 研究電子秤的誤差來源是研究電子秤的一個(gè)重要問題。 對(duì)電子秤的稱量性能進(jìn)行分析，掌握其誤差來源有助于 提高電子秤檢定工作的質(zhì)量和效率。

電子秤是稱重臺(tái)將物體重力傳遞至稱重傳感器，使 傳感器彈性體發(fā)生變形，在激勵(lì)電壓作用下輸出電壓信 號(hào)，經(jīng)線性放大器將信號(hào)放大，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由 微處理器對(duì)質(zhì)量信號(hào)進(jìn)行處理后直接照示質(zhì)量值。電子 秤的稱量誤差主要來源于其不同的組成部分。其中包括 由稱重傳感器的靈敏度引起的四角偏載誤差，由傳感器 稱量的線性變化、零點(diǎn)漂移和稱重臺(tái)擦靠造成的稱量誤 差，由機(jī)械連接中的摩擦和應(yīng)力造成的鑒別力誤差，由電 子秤傳感器側(cè)向力和傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù)性 誤差，由電子秤分度數(shù)設(shè)置引起的誤差等。此外，根據(jù)電 子衡器是利用物體在重力作用下彈性體產(chǎn)生變形來測(cè)定 重力的量值的原理，稱重的結(jié)果反映了一定質(zhì)量的物體 所受重力的大小，因此各地重力加速度值不同，也會(huì)使同 一臺(tái)秤在兩地之間的示值不同引起誤差。

2.誤差的來源

2.1電子秤的工作原理：電子秤是利用物體在重力作用 下彈性體產(chǎn)生變形來測(cè)定重力的量值。電子秤主要由稱 重臺(tái)、稱重傳感器、接線盒、屏蔽信號(hào)電纜和稱重顯示儀 表組成。其過程是:將被稱量的物體置于稱重臺(tái)上，由于 受到重力的作用，稱重臺(tái)將會(huì)受到力的作用而發(fā)生彈性 形變，發(fā)生形變的傳感器彈性體將產(chǎn)生激勵(lì)電壓，此電壓 數(shù)字信號(hào)，并由顯示器顯示出來。

2.2誤差的來源：通過對(duì)電子秤的原理分析發(fā)現(xiàn)，其不 同的組成部分會(huì)產(chǎn)生出不同的誤差，下面介紹四種不同 部分的誤差：

（1）四角偏載誤差：偏載測(cè)試要求電子秤在加載以 后，被測(cè)重物在秤臺(tái)上位置的變化不應(yīng)引起稱重測(cè)量結(jié) 果的變化。因此，四角偏載誤差來源于稱重傳感器的靈 敏度。由于電子秤稱重傳感器的彈性體和電阻應(yīng)變計(jì)等 關(guān)鍵材料的差異，以及制造工藝方面還不完善，每個(gè)稱重 傳感器的絕對(duì)靈敏度就有所不同，造成相同的激勵(lì)電壓 而各稱重傳感器的信號(hào)輸出不一樣，產(chǎn)生四角偏載誤差。 為了減小四角偏載誤差，電子秤在每個(gè)傳感器的支路連 接有電位器，可以通過調(diào)整阻值，利用不同電阻的分壓不 同，平衡各支路的信號(hào)輸出。

（2）稱量誤差:傳感器稱量的線性變化、零點(diǎn)漂移和 稱重臺(tái)擦靠都是造成稱量誤差的直接原因。

①傳感器稱量線性變化。由于溫差、沖擊力、浮塵等 的影響，傳感器承受載荷與其相應(yīng)輸出電壓之間并非成 直線關(guān)系，使電子秤傳感器的稱量線性發(fā)生較大的變化。 有時(shí)部分稱量點(diǎn)的誤差較大，進(jìn)行稱量的線性校準(zhǔn)，即分 段校準(zhǔn)電子秤的稱量，稱量的相對(duì)誤差將大大減小。

②零點(diǎn)漂移。電子秤在使用過程中受到大小不同且 多次往復(fù)沖擊載荷的影響，傳感器的受力情況非常復(fù)雜， 最終導(dǎo)致傳感器的觸點(diǎn)發(fā)生改變，使檢定時(shí)的原始狀態(tài) 產(chǎn)生了變化，造成零點(diǎn)漂移，產(chǎn)生誤差。

③擦靠。由于擦靠影響力的傳遞，使得加載時(shí)的重 量不能完全作用到稱重傳感器上，稱重傳感器的輸出信 號(hào)自然偏小，此類情況，往往小稱量基本正常，加大負(fù)荷后，顯示值明顯減小。

（3）鑒別力誤差:鑒別力反映電子秤對(duì)載荷微小變化 的反應(yīng)能力，鑒別力測(cè)試的目的是檢驗(yàn)秤體結(jié)構(gòu)的連接 和摩擦，因機(jī)械連接中的摩擦應(yīng)力是鑒別力誤差的主要 來源。此外，因?yàn)殍b別力針對(duì)的是微小變化，所以稱重傳 感器和稱重儀表的分辨力對(duì)鑒別力誤差也影響較大。

（4）重復(fù)性誤差:重復(fù)性誤差是在相同負(fù)荷相同環(huán)境 條件下，連續(xù)數(shù)次進(jìn)程試驗(yàn)所得的稱重傳感器輸出讀數(shù) 之間的差值。它是由一些比較固定的因素影響而產(chǎn)生 的，除了稱重測(cè)量時(shí)的溫度、濕度、風(fēng)力、重力場(chǎng)等環(huán)境條 件變化所引起的重復(fù)性誤差外，主要有電子秤傳感器側(cè) 向力和傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù)性誤差。

①電子秤傳感器側(cè)向力引起的重復(fù)性誤差由于受現(xiàn) 場(chǎng)環(huán)境的限制，容易造成負(fù)載接受器上下移位，致使稱重 臺(tái)對(duì)稱重傳感器作用力不垂直。傳感器所受側(cè)向力是由 秤體傳力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造誤差引起，具體體現(xiàn)在各傳 感器上下安裝基面本身及其之間的水平度、秤體的整體 剛度及相關(guān)的局部剛度等方面產(chǎn)生的重復(fù)性誤差。

②傳感器條件不滿足時(shí)引起的重復(fù)性誤差電子秤稱 重時(shí)，對(duì)秤體的機(jī)械傳力機(jī)構(gòu)的傳力特性、傳感器參數(shù)的 一致性、傳感器的激勵(lì)電壓等，都要滿足一定的條件，秤 體的傳力機(jī)構(gòu)應(yīng)保證傳感器所受載荷與被測(cè)重量成正 比，才能保證稱重測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

③角差引起的重復(fù)性誤差電子秤稱重時(shí)傳感器的信 號(hào)是通過接線盒傳輸給稱重顯示儀表，如果傳感器的某 些參數(shù)不一致或接線盒中電位器調(diào)整不平衡都會(huì)引起電 子秤的角差，此時(shí)重物在稱重臺(tái)的不同位置就會(huì)產(chǎn)生重 復(fù)性誤差。

（5）重力加速度引起的誤差：電子秤測(cè)量的不準(zhǔn)確除 了與上述的誤差有關(guān)外，重力加速度也會(huì)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確 性產(chǎn)生影響，根據(jù)力學(xué)原理可把稱重分為利用力的動(dòng)力 效應(yīng)稱重和利用力的靜力效應(yīng)稱重。而電子秤稱重利用 的是靜力場(chǎng)效應(yīng)，靜力效應(yīng)稱重力就是利用物體在重力 作用下彈性體產(chǎn)生變形或內(nèi)應(yīng)力的大小來測(cè)定重力的量 值。由于電子秤是用重力來標(biāo)定的，顯示結(jié)果為重量，所 以如果各地重力加速度值不同，會(huì)使同一臺(tái)秤在兩地之 間的示值不同。最后衡量結(jié)果與重力加速度有關(guān)。重力 加速度變化對(duì)稱量結(jié)果影響的處理方法:①利用電子衡 器本身設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行重力補(bǔ)償，如某衡器廠生產(chǎn)的ACS 系列電子計(jì)價(jià)秤可以直接輸入使用地的重力加速度，由 單片機(jī)自動(dòng)處理后進(jìn)行異地校準(zhǔn)。②利用電子衡器本身 設(shè)置一組二進(jìn)數(shù)開關(guān)，通過改變開關(guān)的狀態(tài)來改變放大 倍數(shù)，對(duì)重力加速度變化帶來的誤差進(jìn)行修正，也可用電 位器進(jìn)行調(diào)整。③生產(chǎn)廠家可以根據(jù)本地與電子秤使用 地之間重力加速度的差值進(jìn)行折算。④用自動(dòng)標(biāo)定方法 進(jìn)行消除。電子秤到使用地后，在電子秤上放置一定質(zhì) 量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，通過鍵盤輸入操作系統(tǒng)，經(jīng)過微處理而獲 得砝碼的標(biāo)稱值。現(xiàn)在的電子秤基本都使用自動(dòng)標(biāo)定方 法，校準(zhǔn)既簡(jiǎn)單又明了。當(dāng)然還會(huì)有其他因素例如環(huán)境 (空氣的濕度，磁場(chǎng)等）因素影響電子秤的測(cè)量的準(zhǔn)確性。

上面談了電子誤差的來源，那么示值誤差如何確定 呢？其實(shí)示值誤差很好確定，就是：

E = P 一 m

式中:E一示值誤差；

P 一示值；

M一標(biāo)準(zhǔn)砝碼的標(biāo)稱值。

但是，電子秤是數(shù)字顯示方式，即示值的變化不是連 續(xù)的，而是以階躍的方式進(jìn)行的。這樣，當(dāng)秤的實(shí)際示值 處于相鄰兩個(gè)數(shù)字之間時(shí)，即在+d/2 ~ — d/2范圍內(nèi) (為實(shí)際分度值)，實(shí)際示值是按一定的數(shù)字化整方式， 以某一相鄰數(shù)字顯示出來。所以，數(shù)字顯示值除含有實(shí) 際的模擬示值外，還包含數(shù)字化整誤差。

為了剔除這個(gè)數(shù)字化整誤差，找到實(shí)際模擬示值與 真值之差，在檢定電子秤時(shí)往往采用下述方法：

為了知道數(shù)字化整的誤差，可以用標(biāo)稱值為1/10e (為檢定分度值，e =d)的小砝碼z來尋找數(shù)字化整前 的模擬示值，具休方法為：

秤上的砝碼m,示值是I,先加放0. 1 e的小砝碼，直 至秤的示值明顯地增加一個(gè)e,變成a +e),所有附加的小 砝碼為Δm,化整前的示值為P則可知數(shù)字化整誤差轉(zhuǎn)換 點(diǎn)為(0. 5e — Δm),化整前的示值P=1 +0. 5e — Δm ?

化整前的誤差為:E = P一 m = I+0. 5e — Δm一 m 為了消除零點(diǎn)的誤差還需要減去零點(diǎn)誤差，因此，化 整前的修正誤差為:：c =E-E0 ^MPE

式中:E一零點(diǎn)或接近零點(diǎn)(如10e)誤差；

MPE 一最大允許誤差。

此式是檢定電子秤示值誤差的常用公式，對(duì)從事檢 定工作的人員來說必須明確此含意和熟練運(yùn)用。