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测量不确定度的来源须根据实际测量情况进行具体分析, 应从测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面全面考思, 并做到不遗漏, 不重复。不确定度来源分析如下:

(1) 化整前的示值P的标准不确定度来源主要是重复性引入的标准不确定度分量μ (P) 、偏载引入的标准不确定度分量μ (p') 和分辨力引入的标准不确定度分量μ (δx) 。

(2) 标准砝码М引入的标准不确定度分量μ (M)

(3) 附加砝码ΔМ引入的标准不确定度分量μ (ΔM)

(4) 工作环境条件变化引入的标准不确定度分量μ1

3.1 化整前的示值P的标准不确定度μ (P)

3.1.1 重复性引入的标准不确定度分量μ (P)

根据JJG539-2016《数字指示秤检定规程》可知, 对于某一载荷, 记录其示值为I, 连续加放相当于0.1e的附加砝码, 直到秤的示值明显地增加一个分度值, 此时, 加到承载器上的附加砝码为ΔМ, 则化整前的示值P=Ι+0.5e-ΔМ。重复性条件下, 在60T载荷点进行10次连续测量, 化整前的示值 (p1～p10) 分别为60006kg, 60004kg, 60000kg, 59998kg, 59996kg, 60000kg, 59998kg, 60000kg, 59998kg, , 59998kg。

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电阻应变式称重传感器的使用环境有时非常恶劣。在这类环境中, 如果不对传感器进行可靠有效的密封, 那么外界的湿气、空气中的污染物等将会影响应变片等关键器件的物理化学特性, 从而导致称重传感器在短期内失效。所以, 对于高质量高可靠性的称重传感器一般采用金属焊接膜片的全密封方式。然而, 全密封结构在传感器内部形成的密封腔体, 可能导致传感器的输出会随外部气压的变化而变得不稳定。当然, 在实际应用方面, 如果周围环境状况稳定, 用户可以在实施加载前对采集仪进行清零操作, 从而保证测量的准确性。目前存在的问题之一是在计量检定的时候, 根据OIML R60, 其中一项测试要求是称重传感器对大气压的输出变化不敏感[1]。针对这一问题, 文献[2]对此做了深入的研究分析。另一个可能存在的问题在于, 焊接密封型传感器周围的环境温度发生变化时, 其内部密封腔体的气体因此膨胀或收缩, 从而在传感器内外产生压差效应, 同样可能会导致传感器的输出发生变化。因此, 本文主要针对这一问题进行了实验验证和理论分析。

2 实验方法

本文所用的焊接密封型称重传感器的量程为500kg, 外形如图1所示。

考虑到称重传感器的输出同样会受到温度变化的影响。为了将温度造成的压差效应对传感器输出的影响与传感器自身受温度变化的影响区分开, 本文采用了如下的实验方法:

(1) 将焊接密封好的传感器样品置于温箱中, 设置温箱的温度循环顺序如下:25℃, -10℃, 25℃, 60℃, 25℃。记录传感器样品的零点输出情况。其中, 中间三个温度点的保温时间为10个小时;

(2) 在传感器样品的应力不敏感区开一个通气孔, 一般是电缆出线所在区域, 使得传感器内部密封腔体始终与外部大气相通。然后重复上述温度循环实验, 并对两次的试验数据进行对比。