本文就自動(dòng)衡器中兩種比較類似的產(chǎn)品, 談?wù)勡囕v自動(dòng)衡器的動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度評(píng)定分量存在的問(wèn)題, 并且介紹如何解決的一些看法。

一、概述

本文所提及的 “車輛自動(dòng)衡器” 包括自動(dòng)軌道衡和動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器兩大類產(chǎn)品, 按照 JJF1o59-2o12 ?測(cè)量不確定度評(píng)定與表示?適用范國(guó)的劃分, 各種自動(dòng)衡器與非自動(dòng)衡器都屬于 “被測(cè)量呈現(xiàn)為一系列值的分布” 的器具。 從器具的測(cè)量不確定度評(píng)定的角度認(rèn)識(shí), 車輛自動(dòng)衡器與非自動(dòng)衡器的相同之處在于其靜態(tài)測(cè)量的分布形態(tài)是相同的, 而不同之處在于: 對(duì)于車輛自動(dòng)衡器, 還要對(duì)其動(dòng)態(tài)測(cè)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度評(píng)定。

關(guān)于靜態(tài)測(cè)量的測(cè)量不確定度評(píng)定, 作者在中國(guó)衡器協(xié)會(huì)編輯的?稱重科技(第十五屆稱重技術(shù)研討會(huì)論文集) ?中的?對(duì)非自動(dòng)衡器進(jìn)行測(cè)量不確定度i平定技術(shù)問(wèn)題的探討?一文中已有陳述, 那么自動(dòng)衡器的動(dòng)態(tài)測(cè)量與靜態(tài)測(cè)量有哪些不同? 其動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度評(píng)定是否存在需要探討的問(wèn)題? 在這里就以車輛自動(dòng)衡器為例進(jìn)行分析。將自動(dòng)軌道衡和動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器這兩類衡器放在一起談“動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度i平定”的問(wèn)題, 是因為影響這兩類衡器動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量的因素相似。

二、 動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量

眾所周知,各種自動(dòng)衡器的計(jì)量性能都包括在相應(yīng)產(chǎn)nR標(biāo)準(zhǔn)的兩項(xiàng)指標(biāo)中, 一項(xiàng)是對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量的允差要求, 一項(xiàng)是對(duì)靜態(tài)測(cè)量的允差要求,這兩項(xiàng)允差要求都體現(xiàn)了自動(dòng)衡器的“被測(cè)量呈現(xiàn)為一系列值的分布”的特征: 即對(duì)于稱量范圍內(nèi)的每一個(gè)秤量值, 都對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)態(tài)允差要求和一個(gè)靜態(tài)允差要求。 按照.IJF1o59. 1 -2o12的原理, 來(lái)源復(fù)雜的測(cè)量不確定度是由多個(gè)測(cè)量不確定度分量合成的 。

車輛自動(dòng)衡器的動(dòng)態(tài)測(cè)量功能是其基本功能, 靜態(tài)測(cè)量功能則是用來(lái)進(jìn)行衡器校準(zhǔn)的 。 由于兩者的作用不同,其測(cè)量對(duì)象、狀態(tài)、條件等既不相同,測(cè)量不確定度分量也就大不相同了。下面分別將自動(dòng)軌道衡和動(dòng)態(tài)汽車衡的動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量列舉如下:

1.自動(dòng)軌道衡動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量的評(píng)定

自動(dòng)軌道衡動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量的評(píng)定分為兩種: (1)自動(dòng)軌道衡動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量評(píng)定; (2)用控制衡器復(fù)核動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果。

(l)自動(dòng)軌道衡動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量

① 自動(dòng)軌道衡的稱重指示器分度值引入的不確定度分量 u1;

②檢衡車或參考車輛引入的不確定度分量 u2;

③ 自動(dòng)軌道衡的靜態(tài)允差引入的不確定度分量 u3;

④載荷的非重力作用力與振動(dòng)力等引入的不確定度分量 u4。

(2)用控制衡器復(fù)核動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果

①數(shù)字指示軌道衡作為控制衡器時(shí), 其分辨力引入的的不確定度分量 u1 ;

②南_號(hào)及砝碼小車引入的不確定度分量 u2;

③控制衡器的靜態(tài)允差引入的不確定度分量 u3。

2.動(dòng)態(tài)汽車衡動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量的評(píng)定

動(dòng)態(tài)汽車衡測(cè)量不確定度分量的評(píng)定同樣分為兩種: (1)動(dòng)態(tài)汽車衡的動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量評(píng)定; (2)用控制衡器復(fù)核動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果。

(l)動(dòng)態(tài)汽車衡的動(dòng)態(tài)測(cè)量不確定度分量

①示值分辨力引入的不確定度分量 u1;

②示值靜態(tài)允差引入的不確定度分量 u3;

③ 載荷的非重力作用力與振動(dòng)力等引起的不確定度分量 u4 。

(2)用控制衡器復(fù)核動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果

①控制衡器靜態(tài)允差引起的不確定度分量 u3;

②控制衡器分度值引起的不確定度分量 u1;

③參考車輛油耗引起的不確定度分量 u5。

3.各分量定義、范圍及其分布

(l)u1 : 數(shù)字指示分度值或分辨力引入的不確定度分量, ±1d, 均勻分布;

(2)u2:標(biāo)準(zhǔn)器(如砝碼)引入的不確定度分量,標(biāo)準(zhǔn)器(如砝碼)不確定度,均勻分布;

(3) u3: 衡器靜態(tài)允差引入的不確定度分量, 衡器靜態(tài)允差, 均勻分布;

(4) u4 : 載荷的非重力作用力與振動(dòng)力等引起的不確定度分量, 這個(gè)分量分布復(fù)雜, 其中可能包括道路平直度影口向因素, 也可能包括車輛速度變化的影響因素, 也可能包括車輛狀態(tài)帶來(lái)的影響因素, 也可能包括承載器結(jié)構(gòu)自身變化的影響因素。

(5)u5:參考車輛油耗引起的不確定度分量,燃油消耗量,均勻分布。

以上五個(gè)分量不是出現(xiàn)在所有的場(chǎng)合, 要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)合確定該場(chǎng)合適用的合成不確定度的分量 。

三、 實(shí)際的分量來(lái)源

1.各分量來(lái)源可以大致歸結(jié)為:

(1)u1

衡器指示器進(jìn)行模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的量化誤差,其范國(guó)為±1d。

(3) u2

稱量或檢定過(guò)程中使用的標(biāo)準(zhǔn)器,如:石去碼、檢衡車、控制衡器。其不確定度由這些標(biāo)準(zhǔn)器的檢定證書(shū)提供。當(dāng)使用了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器時(shí),需合成不確定度。

(3) u3

衡器的靜態(tài)允差, 包括:

①稱重傳感器、稱重指示器、承載器、基礎(chǔ)、軟件;

②環(huán)境條件:溫度、濕度、大氣壓力、干擾。

(4) u4

表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果的不重復(fù)性,在所有分量中,非重力作用力與振動(dòng)力分量對(duì)合成不確定度的貢獻(xiàn)最大, 影響非重力作用力與振動(dòng)力來(lái)源的因素有:

①線路狀態(tài):長(zhǎng)度、平直度、坡度;

②車輛狀況:車型、減震彈簧的變形量

③振動(dòng): 車輛減震彈黃、稱量臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)、銅筋混凝土基石出;

④牽引力:大小、推拉方向

⑤速度:高低、變化

⑥車輛行駛狀態(tài):剎車、提速、左右擺動(dòng)

(5) u5

當(dāng)使用了參考車輛, 該車輛在自動(dòng)衡器與控制衡器之間往返時(shí)的油耗重量。

2. 以上從五個(gè)方面考慮了被測(cè)車輛衡, 在進(jìn)行不確定度評(píng)定時(shí)應(yīng)該考慮的因素 。 但是, 在一些關(guān)于該類衡器的測(cè)量不確定度報(bào)告的分析時(shí),往往將幾種影響量比較大的因素忽略掉了,例如,線路狀態(tài)、車輛狀況、速度變化等 。

(l)線路平直度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響帶來(lái)的測(cè)量不確定度分量,是與速度密切關(guān)聯(lián)的。而線路平直度又分為: 一個(gè)是平度指標(biāo), 一個(gè)是直度指標(biāo)。路面或軌道的水平度的起落高度差,直接影響標(biāo)準(zhǔn)參考車輛,在通過(guò)被測(cè)衡器時(shí)對(duì)承載器產(chǎn)生的作用力 。

我們知道不論是在高速公路上,還是鐵路營(yíng)運(yùn)線路上,是很難找到1oom左右沒(méi)有坡度、又沒(méi)有彎度的路段的。

(2)車輛狀況是主要影響不確定度分量的因素之一, 當(dāng)被選擇的車輛狀況比較差時(shí), 再受到通道平直度和行車速度變化,影響稱量結(jié)果的量值就比較大。因?yàn)檫@時(shí)車輛的晃動(dòng)、振動(dòng)幅度就會(huì)變大,從而在通過(guò)被測(cè)衡器時(shí),對(duì)衡器產(chǎn)生的作用力也不同于車況好的車輛。

(3)車輛種類不同也是影響因素, 相對(duì)固定抽的車輛, 懸掛軸的車輛的測(cè)量不確定度的影響會(huì)大許多。 同樣都是2o多噸的車輛,懸掛率由車輛稱量出的重量有時(shí)比固定軸車輛多出若干噸。

(4)車輛所載貨物的不同,也是影響不確定度評(píng)定的重要因素。例如,液體貨物重心的變化。

(5)速度變化是影響不確定度分量的重要因素, 因?yàn)?/span>車輛在行駛過(guò)程中由于受到摩擦力等外力的影響, 必然會(huì)發(fā)生改變。

如果這些影響因素都處于最極端條件下時(shí), 車輛在衡器上得到的測(cè)量結(jié)果將是極其差的。 當(dāng)年在應(yīng)對(duì)自動(dòng)軌道衡進(jìn)行型式評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí), 不論是釆用集成檢定法在使用石去碼檢定軌道衡靜態(tài)性能, 還是建立參考車輛的工作,都是比較順利的。其原因是:首先是挑選剛剛廠修、段修后的車輛作為參考車輛使用;其次是動(dòng)態(tài)檢定時(shí), 控制參考車輛的運(yùn)行速度在一個(gè)理想的范圍內(nèi); 雖然軌道衡是安裝在有一定坡度的線路上, 由于人為控制速度沒(méi)有較大的變化, 試驗(yàn)還是順利完成了 。

而許多情況下在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際稱量時(shí),可能由于無(wú)法選擇車輛(因?yàn)樗ㄟ^(guò)收費(fèi)站的車輛都必須稱量) ,因?yàn)閷?duì)路況情況不了解、 車況情況不能選擇, 司機(jī)即使想控制車輛的行駛狀態(tài), 也會(huì)因經(jīng)驗(yàn)不足而出現(xiàn)較大誤差 。

四、 幾個(gè)應(yīng)用問(wèn)題

1.非重力作用力與振動(dòng)力作為一個(gè)不確定度分量, 是否就是將一些無(wú)法量化的因素統(tǒng)統(tǒng)放入進(jìn)去?

從概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)這個(gè)角度來(lái)講,只要統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)足夠多,是可以將一些小概率的現(xiàn)象概括進(jìn)的。比如, 線路問(wèn)題、車輛狀況問(wèn)題、速度變化問(wèn)題等。

2.如何從最小秤量至最大秤量范圍內(nèi)選取測(cè)量點(diǎn)

由于自動(dòng)衡器的“被測(cè)量呈現(xiàn)為一系列值的分布”的特征, 一臺(tái)衡器至少有數(shù)百甚至成千個(gè)被測(cè)量值,實(shí)際上不可能全部進(jìn)行測(cè)量, 因此有一個(gè)如何選取測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)用問(wèn)題, 沒(méi)有一定之規(guī)。

經(jīng)驗(yàn)表明, 當(dāng)不確定度與秤量范圍為大致的線性相關(guān)時(shí), 選1o個(gè)測(cè)量點(diǎn)是適當(dāng)?shù)?/span>, 1o個(gè)點(diǎn)中應(yīng)包括最小秤量與最大秤量,不過(guò)其中這個(gè)最小秤量不應(yīng)該是“5od”或“2od”,而是指所選取的“參考車輛”的空載車輛重量。

當(dāng)在測(cè)量范圍內(nèi)不能用一個(gè)測(cè)量不確定度值來(lái)表明測(cè)量能力時(shí), 可以給出測(cè)量范圍及對(duì)應(yīng)該范圍的最小不確定度和最大不確定度的范圍, 并給出典型值的測(cè)量不確定度。

3.車輛種類不同,也是影響衡器不確定度評(píng)定的重要因素,應(yīng)該按照 R134建議的規(guī)定,至少選擇三種車型的車輛進(jìn)行評(píng)定; 按照 R106建議的規(guī)定, 試驗(yàn)用參考車輛應(yīng)選取軌道衡要稱量的常用車輛,應(yīng)盡可能覆蓋已經(jīng)型式批準(zhǔn)的軌道衡的各種稱量模式。稱量的模式包括重車或空車,推送或牽引,稱量速度的范圍(最高, 最低和實(shí)際過(guò)衡速度) , 以及單/雙方向。