《稱重手冊》第十章解讀
摘要：德國曼弗雷德·柯希克主編的《稱重手冊》中第十章主要討論衡器的穩(wěn)定性問題，本文作者讀后認為其論述的內容與我們所說的衡器的耐久性是一致的。文中主要介紹了德國 PTB 對此問題認識，分析和評價方法。
關鍵字：衡器的穩(wěn)定性、衡器的耐久性，機械和電子元件的失效，動態(tài)疲勞試驗德國曼弗雷德·柯?？酥骶帲u炳易譯的《稱重手冊》，由 Chu. U.Volkmam 編寫的第十章“衡器的測量穩(wěn)定性問題”中所討論的問題，實質上與我們所謂的衡器耐久性是一致的。文中討論衡器“機械和電子元件失效”對“穩(wěn)定性”的影響，并通過型式批準檢定來保障測量的穩(wěn)定性。
穩(wěn)定性一詞的德文是 Berubigung，該詞的原意是“鎮(zhèn)定”、“安定”，也可延伸為“放心”，這與中文“耐久性”的詞意有一定差異。我們在討論建議和國外的一些議題時，往往是由中文譯文的含義去討論或爭論。由于中西文化上的差異，譯者對該原文的理解，加上我們極少有機會參加上有關的會議，就導致我們對一些術語、參數(shù)認識的偏差，甚至錯誤。然而第十章所討論的內容，我認為與我們所理解的“耐久性”是等值的。此書作者指出：“對于衡器和對于每一件技術物品一樣，不僅要
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求它在新工作狀況下照樣正常工作，以及保證其特性與應用的范圍和
準確度相符，而且還要求它在一定的使用時期內，充分地維持這些特性。”并對這種技術特性的能力，用“可靠性”這個概念表達。德文可靠性 Zuveriässigkeit 一詞的原意是“可靠”、“可信任”。而作者認為“對于計量器具，我們一般不說可靠性，而是代之以測量的穩(wěn)定性，或者說計量的確定性”。對衡器的穩(wěn)定性的評價和檢定批準，主要是針對衡器的結構型式，要求“此種結構型式有望得到正確的測量結果和足夠的測量穩(wěn)定性（測量的確定性）”，并要求對衡器的穩(wěn)定性通過
型式批準“檢定以后 1、2 或 3 年的檢定有效期內，不顯示錯誤的稱量結果”。按照德國計量法的規(guī)定，“一臺衡器在檢定之前，其結構型式必須是已經(jīng)批準過的。”作者認為“損害計量器具的測量穩(wěn)定性的原因”主要有以下三方
面：
· 過載，也就是在被測量或者環(huán)境條件所規(guī)定的范圍以外使用；
· 因不斷重復（按規(guī)定）使用而造成的疲勞，如疲勞斷裂、摩擦、磨損；
· 經(jīng)過較長的時間，由于腐蝕或其它變化而造成的老化，這種老化與使用無關。之所以提出計量器具測量穩(wěn)定性的問題，是由于計量器具在“經(jīng)歷過不同的時間以后可能導致故障，也就是‘喪失完成特定功能的能力’（DIN4004），這里所說的‘功能’是指衡器在一定的環(huán)境條件和使用條件下，顯示出正確的重量值的能力”，上面是造成故障的三個3原因。我們的目的是如何通過“批準檢定”來評判衡器的“穩(wěn)定性”，
其實要用試驗來評價計量器具或任何測量裝置的“穩(wěn)定性”或“可靠性”，是一個非常困難和復雜的問題。“可靠性”本身在工程領域中是一個很大的學科。就上述三個引起衡器能力失效中，第三點就難通過試驗方法來評判。對于衡器這類比較簡單的裝置，一般認為第二條是造成功能失效的比較容易判斷的、可用試驗方法來表述的原因。通常認為是由于“機械和電子元件的失效”。機械元件的失效，主要是因為磨損、疲勞等因素所致，是一種隨使用時間增加而漸變的過程，它使測量值逐漸地超出允差限，發(fā)生所謂的漂移失效。電氣元件的失效，若使用的元件未經(jīng)老化處理，在開始使用時，電氣元件的失效率就會很高，之后失效率才會下降至一個較低的平穩(wěn)狀態(tài)。所以通常我們都是使用經(jīng)事先老化的電氣元件，來保證低的電氣元件的失效性。對于判斷衡器的穩(wěn)定性的檢驗，主要是針對“顯示出正確的重量值的能力”的主體部件。而不包括其它輔助裝置。德國是早研究衡器“穩(wěn)定性”的國家，PTB 通過對衡器（非自動衡器）連續(xù)進行長時間加載的疲勞負荷試驗，作為判定衡器穩(wěn)定性的型式批準時的強制檢定項目。規(guī)定試驗要求在接近 Max 負荷條件下，對各準確度等級衡器交替加荷和卸荷的次數(shù)：
Ⅰ級衡器 50,000 次
Ⅱ級到Ⅲ級衡器 200,000 次
計價標簽機 1,000,000 次
法制計量組織（OIML）在 1992 年版 R76 號建議中，有4
關“耐久性試驗”的條款就是依據(jù) PTB 的規(guī)定制定。“在正常使用條件下，使衡器經(jīng)受約為 50% Max 載荷的重復加載荷與卸載荷，并且加、卸載荷應達到 100,000 次，其頻率與速度應使衡器在加、卸載荷時達到平衡”，其誤差不應大于大允許誤差的值。對于電氣元件的失效性試驗可根據(jù)現(xiàn)行的有關電子元器件的試驗進行。所以，衡器的電氣元件的失效原則上講對造成“穩(wěn)定”或“耐久性”故障無關，造成衡器的“穩(wěn)定性”和“耐久性”故障所引起的超過允許的誤差限，主要是由機械元件的磨損疲勞所致。PTB 對衡器“穩(wěn)定性”功能檢驗試驗的研究主要也是針對衡器的機械元件。
法制計量組織（OIML）公布的有關衡器的七個建議，除多斗組合秤外，所有其他衡器的承載器的機械構造原則上與 R76號非自動衡器的承載器的構造相同，而且在它們的建議中都要求其靜態(tài)計量指標能達到相應非自動衡器的允差要求。因此可以認為對非自動衡器“穩(wěn)定性”或“耐久性”的試驗是帶有普遍性的，是對衡器“穩(wěn)定性”或“耐久性”性能的基本要求。
根據(jù) OIML R76 號建議，以及德國 PTB 是將耐久性測試（穩(wěn)定性）列為衡器型式批準的試驗項目。型式批準試驗包括計量要求、功能試驗和“大量的技術試驗，主要包括動態(tài)疲勞試驗、溫度試驗，以及干擾量和影響量的作用試驗。PTB 型式評價規(guī)定：“對于構造簡單的機械式衡器，我們在檢定時，只需要查明該衡器是否遵守在 E 09中規(guī)定有關結構上的條款就行了。對于構造較復雜和新設計的機械式衡器，將對各部件提出的強度上的證明，并進行長時間的疲勞負荷試
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驗”。通過這種對結構型式試驗，是為了“有望得到正確的測量結果和足夠的測量穩(wěn)定性（測量的確定性）”。所以耐久性試驗的目的是“來預見該系列的產品在檢定的有效周期以內的一致的性狀”。在德國對于“計量器具的檢定有效期 2 年”，而對于絕大多數(shù)衡器“檢定的有
效期一般是 2 年”。
耐久性試驗是針對衡器生產廠的新產品，或該廠家初次生產的產品在準許投產時能夠證明其產品在結構上，使其保證衡器在檢定有效期內具有正確的測量結果和足夠的測量穩(wěn)定性，而無須在使用中再重復的性能試驗，這與衡器在使用中隨后檢定的性質和內容有根本性的區(qū)別。耐久性試驗應該是對“顯示出正確的重量值的能力”的稱重的主體部件在室內環(huán)境可控的、可重復和可比對的條件下進行試驗，例如：我以為對皮帶秤的耐久性也應該在室內，在某一特定的可控制皮帶張力，速度和載荷的試驗臺上進行耐久性試驗，主要也是測定皮帶秤稱重臺的耐磨損、耐疲勞的能力，皮帶秤的承載器與一般承載器大的區(qū)別，載荷是通過皮帶施加在秤臺上的稱重托輥。皮帶秤的稱重精度，很大程度上取決于稱重托輥的質量，所以使用中稱重托輥的磨損對測量精度的影響是非常明顯的。
從對《稱重手冊》第十章閱讀的體會，感到我們在對衡器的某些問題的認知和理解上，與國外的認知是有差異的，從文章下面提到的兩方面也是我們很少有人注意到。
在德國認為“絕大部分衡器都是用于商業(yè)貿易的，其稱重作業(yè)絕大部分都是可以重復的，甚至當連續(xù)工作的衡器失誤時，如果無法稱6
重的話，也‘只是’涉及經(jīng)濟利益。涉及人身和生命原因，而對衡器的可供使用性要求很高的情況，頂多也只是在醫(yī)療工作上的不可重復性稱重中，或許才會出現(xiàn)”，并要求前一類衡器“始終正確顯示”，后一類衡器“沒有錯誤的顯示”。出現(xiàn)這種錯誤對電子衡器主要是由于電子器件失效。為了使用戶在使用衡器出現(xiàn)“功能故障”時能被確認出來，一般要求：
a） 輸出一個對于稱量結果的報警信號，而衡器此時或許還能繼續(xù)使用；
b） 沒有稱量結果，衡器靜止下來；
c） 利用其它組件，或者說第二套線路，承擔起被干擾了的功能。
國外的衡器要求備有能識別上述故障的檢查電路，按情況 a）和情況 b）而設計的線路，實現(xiàn)了所謂功能故障識別性（FFE），按情況c）設計的線路則實現(xiàn)所謂功能故障的保險（FFE）。在醫(yī)療衛(wèi)生等方面，往往測量結果的特定性不可重復，為了保證計量確定性，要采用價錢很貴的“可靠性元件”。使用 FFE 是解決這個問題的一種可取的較經(jīng)濟實用的辦法。力圖防止在大量電子元件中只有一件失效時，導致測量值的錯誤，并能使衡器工程師藉此能及時毫不費力地識別故障。而對于“始終正確地顯示”的衡器，一般要求檢定有效期為兩年，在此期間內通過隨后檢定，來判定衡器是否仍符合計量特性。對廠家出廠的某類衡器的有效期是這樣確定的：“即當我們對那些一般尚未超過檢定有效期的計量器具進行檢定時，結果將發(fā)現(xiàn)，超過檢定誤差
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限的器具只占大約 5%以內，這個注解等于挑明了，允許有占多大比例的計量器具實際上超過使用誤差限，即超過量允許有多大。”由此可看出德國對衡器“耐久性”試驗型式批準的基本要求。以上是我讀此文章的體會，供大家參考。文章較多地引用了譯者的原文，因為《稱重手冊》一書出版較早（1992 年），也只印了一千本。可能很多人手中無此書，直接引用原文，可幫助讀者理解作者的
本意。
后記：我寫本文的目的主要是對《稱重手冊》第十章內容的理解，并不討論耐久性試驗問題的本身，文中的一些名詞也是用譯文的用語，可能與我們的用法不一致，不習慣。這個問題有待目前還在從事衡器工作的同仁們去解決。老實說，有關“耐久性誤差”的定義以及到底是歸屬在“型式試驗”，還是歸屬在“使用中的試驗”來判斷，即使在 OIML 中也無科學、準確的定義。