动态检重秤校准方法研究

(深圳天溯计量检测股份有限公司，广东 深圳 518116)

1 概述

自动检重秤又名重量分选秤。是一种中低速度、高精度的在线检重设备，可与各种包装生产线以及输送系统集成，主要用于在线检测产品重量是否合格，包装内是否缺少部件或产品质量存档。在线检重在工业生产中广泛使用，特别是在食品、药品的生产过程中，检重秤已成为产品线上一个不可或缺的环节。检重秤通过在线对产品的质量进行实际测量，并与预先设定的质量允许范围进行比较，如果发现产品质量超出预期范围，则将产品进行处理，通过直接剔除、送至指定区域、报警等手段控制产品质量。

自动检重秤作为自动化生产线的一个重要环节，其准确度对产品线的控制质量尤为重要，但如何对自动检重秤进行周期校准和使用中检验，却一直是困扰计量人员和使用工作人员的一个难题。

2 自动检重的计量现状

目前，自动检重秤一般都有通过法定计量机构或其他技术机构进行检定或校准，其依据的一般是JJG539 数字指示秤检定规程和JJG1036电子天平检定规程。将使用中的皮带停止，按照数字指示秤或电子天平的检定方法，对其分别进行偏载、重复性和示值误差校准，并按照规程允差要求对其进行相应等级合格性判定。

当前方法存在的问题：依据数字指示秤或电子天平方法，只是对衡器进行了静态的校准，只能判定衡器在非工作状态时的性能参数。在工作状态，在动态计量中，静态的误差能否满足要求却不能知道。因此，如果只是对衡器进行静态检测，是无法满足自动检重秤的性能要求，无法控制器的检重质量。

3 自动检重秤计量方法探索

通过对国际建议的解读和行业资料的收集，目前涉及动态校准的方法主要有以下三种：一是按照OIML R51 Automatic catchweighing instruments.Part 1:Metrological and technical requirements-Tests方法；二是“不可信区间”法；三是通过静态衡器比较法，下面分别对三种方法进行介绍。

3.1 OIML R51国际建议对自动检重秤的检测要求

3.1.1 计量要求3.1.1.1 准确度等级

自动检重秤按照工作模式可分为X类和Y类，其中X类用于称量预包装商品，Y类用于称量散状物品单个载荷，其等级分类见表1。

表1 检重秤准确度等级

3.1.1.2 误差要求

误差要求分为自动运行状态和非自动运行状态(静态)，其允许误差表按其分类参考OIML R51中的允许误差表，详见建议中允差要求。

3.1.1.3 自动运行试验次数

为了确定自动运行时，X类衡器的平均误差，标准偏差和Y类衡器的独立误差，连续试验称重的次数按表2规定。

3.1.2 校准方法3.1.2.1 自动称重标准试验

按照检测方法要求，选取相应的载荷，按照规定的最小试验次数进行自动称重，记录每个称重的显示值，并确定单次称量的误差。根据以下公式计算X类衡器的平均(系统)误差和标准偏差(随机误差)，或Y类衡器的独立误差。

式中：xi表示某一次的载荷示值误差；X表示平均值。

表2 试验称重次数

3.1.2.2 非自动(静态)称重试验

从零点开始施加砝码到最大秤量值，并且用相同的办法卸载砝码至零点。当确定初始固有误差时，必须选择至少10个不同称量点，对其他称重试验，至少选择5个。选在的称量点必须包括最大秤量值，最小秤量值和最大允许误差改变的称量点。

3.1.2.3 置零准确度、除皮准确度

试验前，先确定零点追踪装置状态，若开启，则需要加附加砝码(10e)摆脱零点追踪范围，然后加小砝码，按化整示值误差计算公式计算零点误差。

3.1.2.4 去皮

去皮称重试验分别在自动运行状态和非自动(静态)状态进行试验，至少在两个不同的去皮值上进行称重试验。自动运行状态下，两个载荷值要求一个值接近最小净重载荷，一个值接近最大净重载荷。如果衡器装有附加去皮装置，那么其中一个试验的皮重值接近最大附加皮重值。静态试验时要求相同。

3.1.2.5 偏载试验

1)动态偏载试验。衡器在正常运行条件下，在承载器上施加一个等于1/3最大秤量的载荷并且按规定的次数通过承载器以下每个区域的中心：区域1是从承载器的中心到传送系统的一边，区域2是从承载器的中心道传送系统的另一边。

2)静态称重偏载试验。在承载器4个方向部位上施加一个等于1/3最大秤量的载荷，若衡器支撑点n>4，每个支撑点的载荷应为1/(n-1)的最大秤量。

3.2 不可信区间法

不可信区间就是一个产品多次读取重量，所得到的标准偏差的6倍。这个测试将确认检重秤对于特定产品的重复性。具体做法如下：将同一个产品通过这个检重秤10或者20次，确保每次通过时产品的方向和你在实际生产中的方向一致。

1)记录下每个数据，有一些检重秤可以自动记录并计算标准偏差。如果检重秤不能自动计算，可以用Excel表格里面的STDEV公式计算。

2)有了标准偏差后，乘以6，就得到了不可信区间。

3) 检索下方的图1，按表格中的TNE(-T1)，例如你的产品重量是200 g，那么TNE(-T1)就是4.5%或者9 g。

4)现在计算这个9 g的1/4，也就是0.25×9 g=2.25 g。这个数值就是你的重复性限值。

5)如果你开始算得的不可信区间大于2.25 g，那么这台检重秤在此设定下就是不可用的，需要在检重秤上进行检重的各种不同类型和重量的产品，都需要通过这个测试。要做得更好的话，每隔一段时间，就要重复一下这个测试，记录分析各次测试的趋势，看一下随着时间变化，测试结果是如何变化的。根据这样的趋势，你就能确定你需要多久进行一下这样的测试。这些记录以及趋势分析，也是检重秤使用者对产险风险评估有效证明。

图1 TNE(-T1)表

3.3 静态衡器比较法

用一台经过校正的静态秤或天平。静态秤的分辨率需要和检重秤一致，或者更高。这个检查在一个批次开始前、开始后和结束时都需要进行。同样，这个测试可以作趋势分析，以便进一步进行风险评估。

1)使用与产品相近重量的校正砝码来检查静态秤是否可正确称重。

2)将产品通过运行的检重秤，然后放置到静态秤上称取重量。将检重秤上得到的重量数值和静态秤上得到重量数值相比较。如果其差值大于1/5的TNE，这台检重秤就不适用了。

3)至少重复这个测试一次，以便检查检重秤的重复性。

4 结语

通过对三种方法的探索了解，我们可以看到，当前我们采用的测试方法明显不能满足自动检重秤的计量性能要求，需要更多关注检重秤的动态性能。三种方法中，前面两种方法，比较专业和复杂，适合计量技术机构将其进行转化为技术规范并应用于实际校准中；第三种静态比较法简单实用，可以作为企业实施使用中检验的一种有效方法。