一、检定方法和数学模型
1.检定方法
按国家计量检定规程,我们采用物料实验。物料实验是采用皮带秤预期称量的物料,在皮带秤使用现场对完整的皮带秤进行的一组实验。
物料实验有在线测量和离线测量,我们采用离线测量。离线测量就是使用电子汽车衡作为控制衡器对试验物料进行测定。方法是在物料通过皮带秤之前或之后,把试验物料装入汽车车厢在电子汽车衡上进行称重,不管是皮重还是毛重均应在同一衡器上进行称量。称量时可以采用“闪变点”法或者衡器内分辨率法确定物料的化整前示值,若无法采用这两种方法也可采用直接读数法。应做好皮带秤的清理和物料的储运安排,避免物料的损失。
2.数学模型
根据规程要求和数学分析,皮带秤物料试验的示值误差的数学模型可以写成以下公式:
式中:E——皮带秤示值误差;I——皮带秤的示值;T——控制衡器显示的示值累计载荷;E%——相对误差。
二、标准器具(控制衡器)的配置
电子汽车衡:准确度等级: 级;最大秤量:Max=80t;分度值:e=20kg。
三、测量不确定度的分析
皮带秤的测量功能从原理上讲,包括4部分:测量皮带的线载荷q(kg/m);测量物料的速度v(m/s);确定瞬时输送流量qv=Q(kg/s);把输送流量对时间积分,确定输送总量∫Q·dt=M(kg)。
皮带秤运行时显示的示值不但受到输送皮带的影响(如皮带张力及变化、皮带自重的变化、皮带运行的阻力、皮带的刚度、皮带的速度以及称重托辊的非准直度等),而且还受到皮带秤上通过的物料的影响。理想的试验方法是把皮带秤上通过的实际物料在控制衡器上进行测定,控制衡器的称量结果与皮带秤显示的累计值进行比较。控制衡器显示的质量值作为测量的约定真值,确定皮带秤的准确度和重复性。在控制衡器对实际物料进行测量时还受到控制衡器的自身误差、分度值的分辨率和无法避免的物料损失对测量的影响。
皮带秤测量不确定度的主要来源有环境(如振动、干扰)条件、皮带的张力、皮带与托辊的黏合、被称物料损失、皮带秤数字示值的分辨力、控制衡器数字示值的分辨力、控制衡器的重复性、控制衡器的示值不准、试验物料量小于最小累计载荷、测量方法与规定的测量方法和程序的不一致性、人员误差的存在、皮带秤的重复性。
在参考条件下环境是相对稳定的,检定方法正确、物料损失可忽略,不必考虑上述不确定度来源中影响较小的因素,只需考虑控制衡器的示值不准和数字示值分辨率的影响、皮带秤的重复性。
1.控制衡器提供的示值不准导致的测量不确定度分量u物1
控制衡器提供的示值不准导致的测量不确定度采用贝塞尔法重复测量10次。控制衡器示值重复性的实验标准差与砝码实际值不准导致的标准不确定度的合成,可作为控制衡器的示值不准造成的标准不确定度。
若使用准确度较高的控制衡器,其分度值较小、分度数多,并且在稳定的环境条件下使用,则可直接采用控制衡器的最大允许误差绝对值,对其示值不准造成的测量不确定度分量进行综合评定。
合格的控制衡器,其示值误差肯定在最大允许误差绝对值范围以内。若控制衡器是在物料试验前刚检定的,此时控制衡器的最大允许误差应为±0.5e、±1.0e或±1.5e。若控制衡器不是在物料试验前进行检定的,则控制衡器的最大允许误差绝对值应为±1.0e、±2.0e或±3.0e。
2.控制衡器示值分辨力带来的测量不确定度分量u物2
由于在利用控制衡器确定试验物料的约定真值时,通常可以采用内分辨力法或“闪变点”法确定衡器化整前的示值误差。采用“闪变点”法可使数字示值的分辨力δx变为0.1e,采用内分辨力法也可以使数字示值的分辨力δx变为0.2e,但是,即使采用这两种方法也无法完全消除数字示值的化整带来的测量不确定度。如果没用采用“闪变点”法或内分辨力法,衡器的数字示值分辨力δx为e。
数字示值化整分布应按均匀分布处理,其k值为,则u=0.29δx
3.被测皮带秤重复性导致的测量不确定度分量s(x)
应按规定首先对被测皮带秤进行重复性试验,共进行5组、每组2次。为了简单起见,我们按10个数据计算。重复测量的数据按贝塞尔公式进行计算得到样本标准偏差s(xi),又称为实验标准偏差,公式为。再用
计算平均值实验标准偏差
。
自由度为ν=n-1
四、离线测量
以最大流量Qmax为100t/h的0.5级皮带秤进行检定为例,计算物料试验的测量不确定度。
1.皮带秤的技术参数
累计分度值d=10kg、皮带速度v=1.60m/s、最小流量Qmin=50t/h、称量长度L=4.8m、皮带长度B=74m、皮带每转1周的时间B/vmax=46.25s。
最小试验载荷为:(1)Qmax皮带转1圈的载荷=QmaxB/vmax=6.4t;(2)Qmax1h载荷的2%=0.02Qmax×1=10t;(3)0.5级皮带秤的800d=8t。取(1)、(2)、(3)中的最大者,得∑max=10t。
由于进行皮带秤物料试验要求物料总量∑t应不少于最小试验载荷∑min,为了保证测量不确定度,可以取∑t≥∑min,我们取∑t=13t进行物料试验。
2.控制衡器和载重车辆的技术参数
控制衡器是电子汽车秤,准确度等级为 级,最大秤量Max=80t,分度值e=20kg。物料试验前首先用标准砝码对控制衡器进行检定,检定合格后使用控制衡器对皮带秤称量的物料总量进行称量。
3.标准不确定度
(1)由于称量车辆皮重和毛重需要在控制衡器称量2次,在13t称量处和26t称量处的最大允许误差绝对值为±1.0e,最大允许误差绝对值分布可作为均匀分布处理。
则
相对不确定度ur1=16.2kg/26000kg=0.062%
(2)可采用“闪变点”法,控制衡器分度值数字示值的分辨力为0.1e,由于需要称量两次,则
由于u2≤1/3×u1,所以u2可忽略。
(3)对皮带秤进行物料试验,测得以下10个相对误差数据为0.12%、0.04%、-0.03%、-0.03%、-0.10%、-0.04%、0.17%、-0.04%、0.01%。
误差值的平均值为
标准偏差为
4.合成不确定度
5.扩展不确定度
U=kuc=2×0.067%=0.13%
6.皮带秤的最大允许误差绝对值
0.5级皮带秤物料试验的最大允许误差绝对值=0.5%
7.扩展不确定度U与皮带秤的最大允许误差绝对值之比
U/最大允许误差绝对值=1/3.7<1/3,符合要求。