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重力加速度对电子秤准确度的影响

时间:2018-01-09 13:03   来源:http://www.shzrhq.com   访问量:

本文分析了称重原理,论述重力加速度对电子的影响,提出重力加速 度影响称重准确度的处理方法。

电子衡器是利用物体在重力作用下弹性体产生 变形来测定重力的量值,称重的结果反映了一定质 量的物体所受重力的大小。衡量结果与重力加速度 有关,由于各地重力加速度值不同,会使同一台秤在 两地之间的示值不同。如有一批一万多吨的钢材从 辽宁水运到漳州,进出货用船上自备一台最大秤量 30U分度值为10kg的电子吊秤进行验收,发现同 一批货重量相差近20t因此,探讨重力加速度对电 子衡器准确度的影响是必要的。在此,针对重力加速 度变化对称量影响的几种情况及处理方法谈谈自己 的看法,与同行共同探讨交流。

1质量(111)与重量(0)的关系 质量是物体所含物质的多少’是物体所具有的 一种物理属性。在力学范畴内,质量不随物体所处地 理位置变化而变化,质量m是一个恒量。

重量即重力,是物体受地球吸引并指向地心的 力,物体所受的重力的大小通常称为物体的重量。传 统的说法习惯,仍将质量当做重量。由牛顿第二定律 可知,G=mg(式中:g为重力加速度,物体重量的大 小和各地的重力加速度有关且与重力加速度成正 比。故同一地点,由于重力加速度的值是相同的,相 同质量的两个物体的重量相等。由于重力加速度在 不同纬度、海拔、地径是不同的g=9.80665x (1 -0.00265cos2 )/(1 +2h/R)

其中:

R?地球半径(6371 x 103m) h—测量地的海拔高度 小一测量地的纬度

可知,重力加速度跟纬度成正比,跟海拔高度成 反比。

2.称重原理及重力加速度对电子秤性能的彩响

根据力学原理可把称重分为利用力的动力效应 称重和利用力的静力效应称重。

2.1动力效应称重也称为重力平衡法称 重,就是利用已知物体在地球重力场中的重力加 速度和质量的大小来计量被称物体的质量。如机 械杠杆秤、天平就是利用杠杆平衡原理进行计量。 如图所示:

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由杠杆平衡原理可知m1 xl1x g1=m2 x Z2 x g2o 由于衡量物与被衡量物之间距离很近,重力加速度之间的差值可忽略不计,即gl=g2,U mi=Hl2 X满,由 此可知,当杠杆平衡时,被衡量物的质量等于杠杆比 与已知砝码质量的乘积,衡量结果是物体的质量,结 果与重力加速度无关。

2.2静力效应称重也称为重力变形法称重, 就是利用物体在重力作用下弹性体产生变形或内应 力的大小来测定重力的量值,如电子秤、弹簧秤就是 利用重力变形法进行称重计量,如图所示:

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由于电子秤是将信号A V0放大后经A/D转换 器转换成数字信号,再经单片机处理后直接显示重 力值,即

F=K x A V0因为 A Vo=Cmg所以 F=K x Cmg① 其中:

F一显7K K一模数转换系数 C一比例常数

①式中可看出电子秤的称重结果反映了一定 质量的物体所受重力的大小。

若假设一台电子秤在A地称量一质量为m 物体,即

FA=KCmgA

到了 B地再同样称量质量为m的物体, FB=KCmgB

根据②和③式可得出

FA/FB=KCmgA/KCmgB=gA/gB

④式可看出,电子秤是用重力来标定的,显示 结果为重量,也反映了各地重力加速度值不同,会使 同一台秤在两地之间的示值不同。衡量结果与重力 加速度有关。

2.3从以上两种称量法可知,静力效应称重的 结果与重力加速度有关。由于我国地域辽阔,纬度 跨度大,地质结构复杂,重力加速度是随纬度增大而 增大,随海拔增加而减小,在我国陆地上南北纬度之 间的跨度约为32° ,重力加速度变化量dg/g可达到 0.27%;海拔髙度相差四千多米,重力加速度变化量 dg/g可达到0.34%;也就是说,我国同一台电子秤在 海口的示值比在漠河的示值小0.27%,即每一千克 变化量为2.7克;在拉萨的示值比在漠河的示值小 0.34%,即每一千克变化量为3.4克,这么大的变化 量是不可忽略的。由于我国商业秤是m级秤,这样, 同一台电子秤在一个地区内是合格的,在另一个地 区或许就会超差,使衡器的准确度得不到保证。如漳 州有一家日资企业自带设备从事食用菌生产,包装 用的电子秤直接从日本进口又没有经过校准,成品 到日本后均出现正偏差,后来将电子枰送我所检定, 检定员发现最大秤量600g分度值O.lg的电子秤竟 然负偏差1.4g所以,探讨重力加速度对重力秤量法 的衡器秤量性能的影响是十分必要的。以下是各省 会城市重力加速度值:

008.jpg

3.重力加速度变化对称量结果影响的处理

3.1重力加速度变化对称量结果影响的几种 情况:

3.1.1当重力加速度变化量dg/g<5xl0' 1000g变化量小于0.5g这符合m级秤误差要求,可 以在出厂检定时不予考虑,比如在漳州生产的电子 衡器在福建省内销售,只需在出厂前校准一次,即可 达到所需的准确度。

3.1.2当重力加速度变化量所引起的误差大于 衡器允许误差时,衡器到使用地后必须重新校准,即 无论制造者在何地,必须保证衡器使用地区的准确 度。例如在漳州已校准最大秤量为6kg分度值为2g 的电子秤到哈尔滨使用,根据公式④,FA/FB=gA/gB 于重力加速度所产生的误差已不能满足电子秤准确 度的要求,如下表2所示:

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3.2重力加速度变化对称量结果影响的处理方法

3.2.1利用电子衡器本身设计软件进行重力补 偿,如某衡器厂生产的ACS系列电子计价秤可以直 接输人使用地的重力加速度由单片机自动处理后 进行异地校准。

3.2.2利用电子衡器本身设置一组二进数开 关,通过改变开关的状态来改变放大倍数,对重力加 速度变化带来的误差进行修正也可用电位器进行 调整。

3.2.3生产厂家可以根据本地与电子秤使用地 之间重力加速度的差值进行折算,如表2所示,

6000g电子秤在漳州用6010.4g标准砝码标定为 6000g到哈尔滨就可满足准确度的要求,这样就可 消除重力加速度所带来的误差。

3.2.4用自动标定方法进行消除。电子秤到使 用地后,在电子秤上放置一定质量的标准妹码,通过 键盘输人操作系统,经过微处理而获得砝码的标称 值。现在的电子秤基本都使用自动标定方法,校准既 简单又明了。

总之,重力加速度变化对衡器秤量的影响应 引起生产厂家的高度重视,不断改进,以满足电子衡 器的准确度

 


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