电子秤的稳定性、电子称衡器的耐久性

电子秤的稳定性、电子称衡器的耐久性

一章主要 讨论衡器的稳定性问题，本文作者读后认为其论述的内容与我们所说 的衡器的耐久性是一致的。文中主要介绍了德国 PTB 对此问题认识， 分析和评价方法。

关键字：衡器的稳定性、衡器的耐久性，机械和电子元件的失效， 动态疲劳试验 德国曼弗雷德·柯希克主编，邹炳易译的《称重手册》，由 Chu. U. Volkmam 编写的第十章“衡器的测量稳定性问题”中所讨论的问题， 实质上与我们所谓的衡器耐久性是一致的。

文中讨论衡器“机械和电 子元件失效”对“稳定性”的影响，并通过型式批准检定来保障测量 的稳定性。 稳定性一词的德文是 Berubigung，该词的原意是“镇定”、“安定”， 也可延伸为“放心”，这与中文“耐久性”的词意有一定差异。我们 在讨论建议和国外的一些议题时，往往是由中文译文的含义去讨 论或争论。由于中西文化上的差异，译者对该原文的理解，加上我们 极少有机会参加上有关的会议，就导致我们对一些术语、参数认 识的偏差，甚至错误。然而第十章所讨论的内容，我认为与我们所理 解的“耐久性”是等值的。

此书作者指出：“对于衡器和对于每一件技术物品一样，不仅要 2 求它在新工作状况下照样正常工作，以及保证其特性与应用的范围和 准确度相符，而且还要求它在一定的使用时期内，充分地维持这些特 性。”并对这种技术特性的能力，用“可靠性”这个概念表达。德文 可靠性 Zuveriässigkeit 一词的原意是“可靠”、“可信任”。而作者认为 “对于计量器具，我们一般不说可靠性，而是代之以测量的稳定性， 或者说计量的确定性”。对衡器的稳定性的评价和检定批准，主要是 针对衡器的结构型式，要求“此种结构型式有望得到正确的测量结果 和足够的测量稳定性（测量的确定性）”，并要求对衡器的稳定性通过 型式批准“检定以后 1、2 或 3 年的检定有效期内，不显示错误的称 量结果”。按照德国计量法的规定，“

一台衡器在检定之前，其结构型 式必须是已经批准过的。” 作者认为“损害计量器具的测量稳定性的原因”主要有以下三方 面： · 过载，也就是在被测量或者环境条件所规定的范围以外使用； · 因不断重复（按规定）使用而造成的疲劳，如疲劳断裂、摩擦、 磨损； · 经过较长的时间，由于腐蚀或其它变化而造成的老化，这种老 化与使用无关。

之所以提出计量器具测量稳定性的问题，是由于计量器具在“经 历过不同的时间以后可能导致故障，也就是‘丧失完成特定功能的能 力’（DIN4004），这里所说的‘功能’是指衡器在一定的环境条件和 使用条件下，显示出正确的重量值的能力”，上面是造成故障的三个 3 原因。我们的目的是如何通过“批准检定”来评判衡器的“稳定性”， 其实要用试验来评价计量器具或任何测量装置的“稳定性”或“可靠 性”，是一个非常困难和复杂的问题。“可靠性”本身在工程领域中是 一个很大的学科。就上述三个引起衡器能力失效中，第三点就难通过 试验方法来评判。对于衡器这类比较简单的装置，一般认为第二条是 造成功能失效的比较容易判断的、可用试验方法来表述的原因。通常 认为是由于“机械和电子元件的失效”。

机械元件的失效，主要是因 为磨损、疲劳等因素所致，是一种随使用时间增加而渐变的过程，它 使测量值逐渐地超出允差限，发生所谓的漂移失效。电气元件的失效， 若使用的元件未经老化处理，在开始使用时，电气元件的失效率就会 很高，之后失效率才会下降至一个较低的平稳状态。所以通常我们都 是使用经事先老化的电气元件，来保证低的电气元件的失效性。 对于判断衡器的稳定性的检验，主要是针对“显示出正确的重量 值的能力”的主体部件。而不包括其它辅助装置。德国是早研究衡 器“稳定性”的国家，PTB 通过对衡器（非自动衡器）连续进行长时 间加载的疲劳负荷试验，作为判定衡器稳定性的型式批准时的强制检 定项目。

规定试验要求在接近 Max 负荷条件下，对各准确度等级衡 器交替加荷和卸荷的次数： Ⅰ级衡器 50,000 次 Ⅱ级到Ⅲ级衡器 200,000 次 计价标签机 1,000,000 次 法制计量组织（OIML）在 1992 年版 R76 号建议中，有 4 关“耐久性试验”的条款就是依据 PTB 的规定制定。“在正常使用条 件下，使衡器经受约为 50% Max 载荷的重复加载荷与卸载荷，并且 加、卸载荷应达到 100,000 次，其频率与速度应使衡器在加、卸载荷 时达到平衡”，其误差不应大于大允许误差的值。对于电气元 件的失效性试验可根据现行的有关电子元器件的试验进行。所以，衡 器的电气元件的失效原则上讲对造成“稳定性”或“耐久性”故障无 关，造成衡器的“稳定性”和“耐久性”故障所引起的超过允许的误 差限，主要是由机械元件的磨损疲劳所致。PTB 对衡器“稳定性”功 能检验试验的研究主要也是针对衡器的机械元件。

法制计量组织（OIML）公布的有关衡器的七个建议， 除多斗组合秤外，所有其他衡器的承载器的机械构造原则上与 R76 号非自动衡器的承载器的构造相同，而且在它们的建议中都要求 其静态计量指标能达到相应非自动衡器的允差要求。因此可以认为对 非自动衡器“稳定性”或“耐久性”的试验是带有普遍性的，是对衡 器“稳定性”或“耐久性”性能的基本要求。 根据 OIML R76 号建议，以及德国 PTB 是将耐久性测试（稳 定性）列为衡器型式批准的试验项目。型式批准试验包括计量要求、 功能试验和“大量的技术试验，主要包括动态疲劳试验、温度试验， 以及干扰量和影响量的作用试验。PTB 型式评价规定：“对于构造简 单的机械式衡器，我们在检定时，只需要查明该衡器是否遵守在 E 09 中规定有关结构上的条款就行了。对于构造较复杂和新设计的机械式 衡器，将对各部件提出的强度上的证明，并进行长时间的疲劳负荷试 5 验”。通过这种对结构型式试验，是为了“有望得到正确的测量结果 和足够的测量稳定性（测量的确定性）”。

所以耐久性试验的目的是“来 预见该系列的产品在检定的有效周期以内的一致的性状”。在德国对 于“计量器具的检定有效期 2 年”，而对于绝大多数衡器“检定的有 效期一般是 2 年”。 耐久性试验是针对衡器生产厂的新产品，或该厂家初次生产的产 品在准许投产时能够证明其产品在结构上，使其保证衡器在检定有效 期内具有正确的测量结果和足够的测量稳定性，而无须在使用中再重 复的性能试验，这与衡器在使用中随后检定的性质和内容有根本性的 区别。

耐久性试验应该是对“显示出正确的重量值的能力”的称重的 主体部件在室内环境可控的、可重复和可比对的条件下进行试验，例 如：我以为对皮带秤的耐久性也应该在室内，在某一特定的可控制皮 带张力，速度和载荷的试验台上进行耐久性试验，主要也是测定皮带 秤称重台的耐磨损、耐疲劳的能力，皮带秤的承载器与一般承载器 大的区别，载荷是通过皮带施加在秤台上的称重托辊。皮带秤的称重 精度，很大程度上取决于称重托辊的质量，所以使用中称重托辊的磨 损对测量精度的影响是非常明显的。 从对《称重手册》第十章阅读的体会，感到我们在对衡器的某些 问题的认知和理解上，与国外的认知是有差异的，从文章下面提到的 两方面也是我们很少有人注意到。

在德国认为“绝大部分衡器都是用于商业贸易的，其称重作业绝 大部分都是可以重复的，甚至当连续工作的衡器失误时，如果无法称 6 重的话，也‘只是’涉及经济利益。涉及人身和生命原因，而对衡器 的可供使用性要求很高的情况，顶多也只是在医疗工作上的不可重复 性称重中，或许才会出现”，并要求前一类衡器“始终正确显示”，后 一类衡器“没有错误的显示”。出现这种错误对电子衡器主要是由于 电子器件失效。为了使用户在使用衡器出现“功能故障”时能被确认 出来，一般要求： a） 输出一个对于称量结果的报警信号，而衡器此时或许还能 继续使用； b） 没有称量结果，衡器静止下来； c） 利用其它组件，或者说第二套线路，承担起被干扰了的功 能。

国外的衡器要求备有能识别上述故障的检查电路，按情况 a）和 情况 b）而设计的线路，实现了所谓功能故障识别性（FFE），按情况 c）设计的线路则实现所谓功能故障的保险（FFE）。在医疗卫生等方 面，往往测量结果的特定性不可重复，为了保证计量确定性，要采用 价钱很贵的“可靠性元件”。使用 FFE 是解决这个问题的一种可取的 较经济实用的办法。力图防止在大量电子元件中只有一件失效时，导 致测量值的错误，并能使衡器工程师藉此能及时毫不费力地识别故障。 而对于“始终正确地显示”的衡器，一般要求检定有效期为两年， 在此期间内通过随后检定，来判定衡器是否仍符合计量特性。对厂家 出厂的某类衡器的有效期是这样确定的：“即当我们对那些一般尚未 超过检定有效期的计量器具进行检定时，结果将发现，超过检定误差 7 限的器具只占大约 5%以内，这个注解等于挑明了，允许有占多大比 例的计量器具实际上超过使用误差限，即超过量允许有多大。” 由此可看出德国对衡器“耐久性”试验型式批准的基本要求。 以上是我读此文章的体会，供大家参考。文章较多地引用了译者 的原文，因为《称重手册》一书出版较早（1992 年），也只印了一千 本。

可能很多人手中无此书，直接引用原文，可帮助读者理解作者的 本意。 后记：我写本文的目的主要是对《称重手册》第十章内容的理解， 并不讨论耐久性试验问题的本身，文中的一些名词也是用译文的用语， 可能与我们的用法不一致，不习惯。这个问题有待目前还在从事衡器 工作的同仁们去解决。老实说，有关“耐久性误差”的定义以及到底 是归属在“型式试验”，还是归属在“使用中的试验”来判断，即使 在 OIML 中也无科学、准确的定义。