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E1等級(jí)砝碼配套使用20kg全自動(dòng)多量程電子天平概述：

1引言

為了與E1等級(jí)砝碼配套，北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究*完成了20kg全自動(dòng)多量程電子天平的研制。本文對(duì)天平的特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，并結(jié)合特點(diǎn)，對(duì)利用該天平配合E1等級(jí)砝碼校準(zhǔn)E2等級(jí)砝碼進(jìn)行了不確定度評(píng)定方法研究及評(píng)定結(jié)果的驗(yàn)證方法研究。

2天平特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

20kg全自動(dòng)多量程電子天平(測(cè)量范圍為2kg～20kg)，具有同步加載、刀子刀承不脫離、自動(dòng)定心、砝碼自動(dòng)交換及自動(dòng)檢定等特點(diǎn)。采用以上創(chuàng)新技術(shù)的天平，*大的優(yōu)勢(shì)是計(jì)量性能得到顯著提*。

2．1天平特點(diǎn)

2．1．1同步加載

非同步加載是指加卸砝碼時(shí)，由于天平橫梁兩端載荷不等，立柱受力矩作用而彎曲。橫梁平衡后，立柱恢復(fù)狀態(tài)未知，存在較大的不確定性。完成同步加載后，加卸砝碼時(shí)，由與基礎(chǔ)固結(jié)的結(jié)構(gòu)支撐天平橫梁，不會(huì)使立柱發(fā)生彎曲，根據(jù)天平工作的實(shí)際工況，為同步加載設(shè)計(jì)了工作流程，從工作流程可以看出，天平立柱在全過(guò)程不受較大彎矩作用，保證狀態(tài)不變。

2．1．2全秤量

刀子刀承不脫離開(kāi)關(guān)天平，刀子刀承脫離，天平臂比可能改變，完成刀子刀承不脫離系統(tǒng)后，開(kāi)關(guān)天平時(shí)，刀子刀承不脫離，其臂比保持恒定。“刀子刀承不脫離”曾經(jīng)是杠桿式天平研制的*項(xiàng)*難題，上世紀(jì)80年代，德國(guó)聯(lián)邦物理**(PTB)率先在原器天平上實(shí)現(xiàn)了天平刀子刀承重秤不脫離，其示意圖見(jiàn)圖6。當(dāng)左秤盤的被測(cè)砝碼卸載后，天平橫梁順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，“受力面”向上運(yùn)動(dòng)，直到與“固定面”相接觸，此時(shí)，“固定面”提供“受力面”的反作用力，天平刀子刀承不脫離，左秤盤加載砝碼后，天平重新達(dá)到平衡。整個(gè)過(guò)程，天平刀子刀承不脫離，這種工作原理被業(yè)界命名為刀子刀承重秤不脫離。自研天平達(dá)到了稱量過(guò)程刀子刀承全秤量不脫離，其示意圖見(jiàn)圖7。天平刀子刀承不脫離系統(tǒng)工作時(shí)，圖7*示“與地面固結(jié)可活動(dòng)面”鎖死“受力面”，加卸砝碼時(shí)，由“與地面固結(jié)可活動(dòng)面”受力，天平刀承及部分懸掛系統(tǒng)重力由刀子承受，刀子刀承不脫離。砝碼加載完成后，刀子刀承不脫離系統(tǒng)停止工作，此時(shí)，與“地面固結(jié)可活動(dòng)面”放開(kāi)“受力面”，天平開(kāi)始稱量。

2．1．3砝碼自動(dòng)定心

砝碼偏載通常會(huì)影響稱量結(jié)果，本天平設(shè)計(jì)了砝碼自動(dòng)定心裝置用于消除砝碼偏載。自動(dòng)定心裝置能自動(dòng)調(diào)整砝碼在秤盤上的位置，使砝碼置于秤盤*，可降低天平偏載誤差。利用重力作用方向始終豎直向下這*特性，采用逼近法，使砝碼通過(guò)幾次調(diào)整，逐步逼近秤盤*。自動(dòng)定心轉(zhuǎn)盤(下稱轉(zhuǎn)盤)盤面水平，可沿豎直方向平動(dòng)，自動(dòng)定心秤盤(下稱秤盤)位置固定。初態(tài)時(shí)，砝碼置于轉(zhuǎn)盤上，之后，轉(zhuǎn)盤下降，砝碼作用于秤盤上。如果偏載，秤盤必然傾斜，傾斜方向與偏置方向相反，接著使轉(zhuǎn)盤上升，砝碼置于轉(zhuǎn)盤上。此時(shí)砝碼在轉(zhuǎn)盤上的位置發(fā)生變化，變化方向與偏置方向相反。重復(fù)幾次，可完成砝碼自動(dòng)定心。

2．1．4砝碼自動(dòng)交換

實(shí)現(xiàn)天平自動(dòng)稱量功能，砝碼自動(dòng)交換是必要前提。本天平設(shè)計(jì)了砝碼自動(dòng)交換功能，可以在稱量過(guò)程中，無(wú)人參與的情況下，實(shí)現(xiàn)砝碼的自動(dòng)交換。

2．1．5砝碼自動(dòng)檢定

以天平為核心，計(jì)算機(jī)通過(guò)COM通訊，連接可編程邏輯控制器(PLC)，PLC控制電機(jī)，完成天平開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)盤升降、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，固定于天平上的傳感器組為電機(jī)動(dòng)作提供停止信號(hào)，并將其狀態(tài)返回PLC。通過(guò)查詢PLC狀態(tài)，確認(rèn)天平處于稱量狀態(tài)時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)COM通訊讀數(shù)。完成硬件架構(gòu)后，根據(jù)新版檢定規(guī)程的要求，編制了*的砝碼自動(dòng)檢定軟件，用于控制天平的動(dòng)作及數(shù)據(jù)采集、處理。

2．2優(yōu)勢(shì)

自研天平可以實(shí)現(xiàn)砝碼全自動(dòng)稱量，試驗(yàn)過(guò)程在封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，*受外界干擾大幅度降低，同時(shí)每次稱量時(shí)間間隔相同，可自動(dòng)消除溫漂和時(shí)漂的影響，技術(shù)指標(biāo)非常理想。

3. 結(jié)束語(yǔ)

20kg全自動(dòng)多量程電子天平的研制，對(duì)于國(guó)防系統(tǒng)的質(zhì)量量傳能力提*具有重要作用，對(duì)于使用國(guó)產(chǎn)主標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備建立*度等級(jí)的砝碼校準(zhǔn)裝置是*個(gè)有益的嘗試。但已經(jīng)研制出的kg組砝碼配套天平距離產(chǎn)業(yè)化的要求還有較大差距，需要做更多的研究。

E1等級(jí)砝碼配套使用20kg全自動(dòng)多量程電子天平概述