R76-1《非自动衡器》国际建议中鉴别力测试方法的研究与优化*

2013-04-24杨发武许倩钰王喜阳

计量技术 2013年6期

杨发武秦宇许倩钰傅琦王喜阳

(1.陕西省计量科学研究院，西安 710065；2.西安航天动力测控技术研究所，西安 710025)

0 引言

数字指示衡器属非自动衡器一类，在我们日常使用的衡器中，它在数量方面占有绝对的优势。鉴别力测试是数字指示衡器必做的检定测试项目之一，是影响衡器性能的重要指标。在R76-1《非自动衡器》、JJG 555—96《非自动秤通用检定规程》、JJG 539—97《数字指示秤》检定规程中对鉴别力测试均有具体规定。

1 鉴别力的理论与原理

鉴别力阈是指“使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应缓慢而单调地进行”(7.11条)[1]。对测量仪器的某一示值给以一定的输入，以确定某激励值，这种激励再缓慢从同一方向逐步增加，开始为未察觉响应的变化，当测量仪器的输出开始有可觉察的响应变化时，读取该激励值，此输入的激励值(输入量)称为鉴别力阈，也可简称鉴别力，同样可以在反行程进行[2-3]。

通常一台测量仪器的鉴别力阈应在同一示值上和对应在标尺上、中、下不同示值范围的正、反向行程进行测定，其鉴别力阈是不同的，为了准确地得到其鉴别力阈的值，激励的变化(输入量的变化)应缓慢，同时应在同一行程上进行，以消除惯性或内部传动机构的间隙和摩擦。习惯上鉴别力阈也称为灵敏阈、灵敏限，是同一个概念[2-3]。

灵敏度是被测量(输入量)变化引起了测量仪器示值(输出量)变化的程度，鉴别力阈是引起测量仪器示值(输出量)未觉察变化时被测量(输入量)的最大变化。但二者是相关的，灵敏度越高，其鉴别力阈越小；其灵敏度越低，鉴别力阈越大[2-3]。

鉴别力阈简称鉴别力，产生鉴别力阈的原因可能与噪声、(内部、外部的)摩擦、阻尼、惯性等有关，也与激励值有关。R76-1国际建议术语中对鉴别力的定义是：衡器对载荷微小变化的反应能力。对于一个给定载荷的鉴别力阈，即是下述附加载荷的最小值：当将此载荷在承载器上轻缓地放上或取下时，即能使示值发生一个可觉察到的变化[2,4]。

在数字指示衡器的检定测试中，对于各项指标均应有一个统一的判定标准。数字指示衡器的仪表显示是按四舍五入的原则进行设计的，要引起可觉察的响应变化(示值I发生闪变)，其最小激励变化为0.1d，最大激励变化为1.4d[5](d为数字指示衡器的实际分度值)。

因此，R76-1国际建议在其计量要求中对数字指示衡器鉴别力是这样要求的：在处于平衡的衡器上，轻缓地加放或取走一个等于实际分度值1.4倍的附加载荷，此时原来的示值应发生变化[4]。

2 R76-1国际建议鉴别力测试方法分析

R76-1国际建议性能测试中，对数字指示衡器鉴别力测试的描述为：在承载器上加上某一载荷和足够的附加小砝码(比方说相当于10个0.1d)。然后逐一取下小砝码，直到示值I明确地减少了一个实际分度值而变成为I-d，将一个小砝码重新放上，再轻缓的将相当于1.4d的载荷放到承载器上，于是得出在原示值上增加一个实际分度值的结果，即I+d(A.4.8.2)[4]。

根据操作顺序将上述鉴别力测试方法称为逆向法。在逆向测试过程中：1)使用 0.1d的小砝码和闪变点的方法来确定化整前的示值[4,6]；2)采用逐渐取走小砝码的方式确定闪变点；3) 在闪变点确定即化整前示值确定后，再轻缓的将相当于1.4d的载荷放到承载器上；4)整个测试过程很难做到轻缓。

R76-1中找闪变点的方法是：对某一确定的载荷m，记下其示值I，逐一轻缓地加放相当于0.1d的小砝码，直到衡器的示值清晰地增加了一个分度值而变为(I+d)，加至承载器上的附加载荷为Δm，这就确定了该载荷下的闪变点即化整前示值P，衡器给出的化整前示值P用以下公式计算[4,6]：

P=I+1/2d-Δm

结合测闪变点做鉴别力测试的操作步骤如下：在承载器上加上某一载荷m，记下其示值I，然后逐一轻缓地加放相当于0.1d的小砝码，直到衡器的示值清晰地增加了一个分度值而变为(I+d)，加至承载器上的附加载荷为Δm，然后轻缓的将相当于1.4d的载荷放到承载器上，应该得出在上述示值(I+d)上再增加一个实际分度值的结果(I+2d)，称此种鉴别力测试方法为顺向法。

3 实验与分析

R76-1国际建议A.4.8.2给出了数字指示衡器的鉴别力试验的方案：开始的示值为I=200g；取下一些附加的小砝码，直至示值改变为I-d=190g；放回0.1d=1g，然后再加1.4d=14g；然后，显示值应为I+d=210g[4]。R76-1鉴别力试验如图1所示。

图1 R76-1鉴别力试验图示

上述方案是完全理论计算设计的，在实际操作中，起始点是找不到一个190g的砝码的，190g必须由100g，50g，20g，20g四个砝码组合而成。根据国际建议及检定规程提供的方法[4,6,7]，下面是一次电子秤比武中一名选手进行鉴别力测试的操作过程。

电子秤最大秤量：30kg，分度值d=10g，0.1d=1g，他按规程要求分别在200g、15kg、30kg三点进行测试。在200g点，他用190g砝码(由100g，50g，20g，20g四个砝码组合而成)和10个0.1d小砝码，得到第一个值I=200g，接着按R76-1 A.4.8.2进行余下的操作。在15kg、30kg点分别用9个砝码组合成14.990kg、10个砝码组合成29.990kg，加10个0.1 d 小砝码后分别得到I=15.000kg、I=30.000kg，然后按R76-1 A.4.8.2 进行余下的操作。

这个操作存在的问题是：1)需在承载器上加一组砝码；2)操作过于烦琐；3)鉴别力的测试无法在称量测试的过程中同时完成；4)R76-1给出起始点的理论方案易引起误解。因此，建议将R76-1方

图2 鉴别力试验图示

案中的某一载荷的选点略做改动，即由190g调整为200g，上述方案变为：设一个载荷为200g，分度值d=10g，0.1d=1g；开始的示值为I=210g；取下一些附加的小砝码，直至示值改变为I-d=200g；放回0.1d=1g，然后再加1.4d=14g；然后，显示值应为I+d=220g。鉴别力试验如图2所示。

4 顺向法与逆向法鉴别力测试方法比较

顺向法与逆向法鉴别力测试不仅仅是操作方向上的变化，它们的特点见表1。

表1顺向法与逆向法鉴别力测试方法比较

表2测量数据

由表1可知，顺向法较逆向法简便易操作。为此我们在各种数字指示秤上分别用逆向测试法与顺向测试法进行实验，发现鉴别力测试结果均相同，测量数据见表2。

由表2可知：P2-P1=0或1，I2′-I1′ =0

两种方法所得到的各载荷点的化整前示值的差在0与1d之间，这对鉴别力的测试结果是没有任何影响的。

5 鉴别力的简易测试方法及分析

由上面对鉴别力测试的讨论可发现，即使用顺向法，鉴别力的整个测试过程仍显得复杂，不适合日常检定中操作。在此我们提出了更简易的测试法，即简化法，其具体操作程序是：在某一载荷下，在处于平衡的衡器上，轻缓地加放质量值等于实际分度值1.4倍的附加载荷，此时原来的示值发生变化，即认为鉴别力检定合格。

根据数字显示设计原理，假设数字指示衡器的分度值为d=10g，则化整前示值为195g～204g对应的显示值I均为200g，化整前示值为205g～214g对应的显示值I均为210g，增加1.4d(14g)后，其显示值则为I+d或I+2d，如表3所示。即增加1.4d后“原来的示值发生变化”的范围在1d～2d之间，即数字指示衡器的读数由原来的I变为I+d或I+2d，这仍是符合国际建议R76-1关于鉴别力的定义与计量要求的，在我们所做的大量试验中还没有发现有偏离此现象的，而这种鉴别力测试法却可以节省大量的操作时间。

6 结束语

通过上面的实验、研究与分析，建议在R76-1国际建议及JJG 555—96《非自动秤通用检定规程》中增加顺向法进行鉴别力测试的方法，并明确顺向测试法与逆向测试法用于数字指示衡器的型式评价与各种检验。在JJG 555—96《非自动秤通用检定规程》与JJG 539—97《数字指示秤》检定规程的修订时，对随后检定增加鉴别力简易测试方法。