《稱重手冊》第十章解讀
摘要：德國曼弗雷德·柯?？酥骶幍摹斗Q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(rèn)為其論述的內(nèi)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(rèn)識，分析和評價方法。
關(guān)鍵字：衡器的穩(wěn)定性、衡器的耐久性，機(jī)械和電子元件的失效，動態(tài)疲勞試驗(yàn)德國曼弗雷德·柯希克主編，鄒炳易譯的《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(shí)質(zhì)上與我們所謂的衡器耐久性是一致的。文中討論衡器“機(jī)械和電子元件失效”對“穩(wěn)定性”的影響，并通過型式批準(zhǔn)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(jī)會參加上有關(guān)的會議，就導(dǎo)致我們對一些術(shù)語、參數(shù)認(rèn)識的偏差，甚至錯誤。然而第十章所討論的內(nèi)容，我認(rèn)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(shù)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(yīng)用的范圍和
準(zhǔn)確度相符，而且還要求它在一定的使用時期內(nèi)，充分地維持這些特性。”并對這種技術(shù)特性的能力，用“可靠性”這個概念表達(dá)。德文可靠性 Zuveriässigkeit 一詞的原意是“可靠”、“可信任”。而作者認(rèn)為“對于計(jì)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(jì)量的確定性”。對衡器的穩(wěn)定性的評價和檢定批準(zhǔn)，主要是針對衡器的結(jié)構(gòu)型式，要求“此種結(jié)構(gòu)型式有望得到正確的測量結(jié)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(zhǔn)“檢定以后 1、2 或 3 年的檢定有效期內(nèi)，不顯示錯誤的稱量結(jié)果”。按照德國計(jì)量法的規(guī)定，“一臺衡器在檢定之前，其結(jié)構(gòu)型式必須是已經(jīng)批準(zhǔn)過的。”作者認(rèn)為“損害計(jì)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(fù)（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(guān)。之所以提出計(jì)量器具測量穩(wěn)定性的問題，是由于計(jì)量器具在“經(jīng)歷過不同的時間以后可能導(dǎo)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(zhǔn)檢定”來評判衡器的“穩(wěn)定性”，
其實(shí)要用試驗(yàn)來評價計(jì)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(fù)雜的問題。“可靠性”本身在工程領(lǐng)域中是一個很大的學(xué)科。就上述三個引起衡器能力失效中，第三點(diǎn)就難通過試驗(yàn)方法來評判。對于衡器這類比較簡單的裝置，一般認(rèn)為第二條是造成功能失效的比較容易判斷的、可用試驗(yàn)方法來表述的原因。通常認(rèn)為是由于“機(jī)械和電子元件的失效”。機(jī)械元件的失效，主要是因?yàn)槟p、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(yàn)，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(jìn)行長時間加載的疲勞負(fù)荷試驗(yàn)，作為判定衡器穩(wěn)定性的型式批準(zhǔn)時的強(qiáng)制檢定項(xiàng)目。規(guī)定試驗(yàn)要求在接近 Max 負(fù)荷條件下，對各準(zhǔn)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(jì)價標(biāo)簽機(jī) 1,000,000 次
法制計(jì)量組織（OIML）在 1992 年版 R76 號建議中，有4
關(guān)“耐久性試驗(yàn)”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(fù)加載荷與卸載荷，并且加、卸載荷應(yīng)達(dá)到 100,000 次，其頻率與速度應(yīng)使衡器在加、卸載荷時達(dá)到平衡”，其誤差不應(yīng)大于大允許誤差的值。對于電氣元件的失效性試驗(yàn)可根據(jù)現(xiàn)行的有關(guān)電子元器件的試驗(yàn)進(jìn)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(guān)，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(jī)械元件的磨損疲勞所致。PTB 對衡器“穩(wěn)定性”功能檢驗(yàn)試驗(yàn)的研究主要也是針對衡器的機(jī)械元件。
法制計(jì)量組織（OIML）公布的有關(guān)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(jī)械構(gòu)造原則上與 R76號非自動衡器的承載器的構(gòu)造相同，而且在它們的建議中都要求其靜態(tài)計(jì)量指標(biāo)能達(dá)到相應(yīng)非自動衡器的允差要求。因此可以認(rèn)為對非自動衡器“穩(wěn)定性”或“耐久性”的試驗(yàn)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(zhǔn)的試驗(yàn)項(xiàng)目。型式批準(zhǔn)試驗(yàn)包括計(jì)量要求、功能試驗(yàn)和“大量的技術(shù)試驗(yàn)，主要包括動態(tài)疲勞試驗(yàn)、溫度試驗(yàn)，以及干擾量和影響量的作用試驗(yàn)。PTB 型式評價規(guī)定：“對于構(gòu)造簡單的機(jī)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(guān)結(jié)構(gòu)上的條款就行了。對于構(gòu)造較復(fù)雜和新設(shè)計(jì)的機(jī)械式衡器，將對各部件提出的強(qiáng)度上的證明，并進(jìn)行長時間的疲勞負(fù)荷試
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驗(yàn)”。通過這種對結(jié)構(gòu)型式試驗(yàn)，是為了“有望得到正確的測量結(jié)果和足夠的測量穩(wěn)定性（測量的確定性）”。所以耐久性試驗(yàn)的目的是“來預(yù)見該系列的產(chǎn)品在檢定的有效周期以內(nèi)的一致的性狀”。在德國對于“計(jì)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”。
150噸地磅耐久性試驗(yàn)是針對衡器生產(chǎn)廠的新產(chǎn)品，或該廠家初次生產(chǎn)的產(chǎn)品在準(zhǔn)許投產(chǎn)時能夠證明其產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上，使其保證衡器在檢定有效期內(nèi)具有正確的測量結(jié)果和足夠的測量穩(wěn)定性，而無須在使用中再重復(fù)的性能試驗(yàn)，這與衡器在使用中隨后檢定的性質(zhì)和內(nèi)容有根本性的區(qū)別。耐久性試驗(yàn)應(yīng)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(nèi)環(huán)境可控的、可重復(fù)和可比對的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，例如：我以為對皮帶秤的耐久性也應(yīng)該在室內(nèi)，在某一特定的可控制皮帶張力，速度和載荷的試驗(yàn)臺上進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，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(zhì)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(rèn)知和理解上，與國外的認(rèn)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(rèn)為“絕大部分衡器都是用于商業(yè)貿(mào)易的，其稱重作業(yè)絕大部分都是可以重復(fù)的，甚至當(dāng)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(jì)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(fù)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(rèn)出來，一般要求：
a） 150噸地磅輸出一個對于稱量結(jié)果的報(bào)警信號，而衡器此時或許還能繼續(xù)使用；
b） 沒有稱量結(jié)果，衡器靜止下來；
c） 利用其它組件，或者說第二套線路，承擔(dān)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(shè)計(jì)的線路，實(shí)現(xiàn)了所謂功能故障識別性（FFE），按情況c）設(shè)計(jì)的線路則實(shí)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(jié)果的特定性不可重復(fù)，為了保證計(jì)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(jì)實(shí)用的辦法。力圖防止在大量電子元件中只有一件失效時，導(dǎo)致測量值的錯誤，并能使衡器工程師藉此能及時毫不費(fèi)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(nèi)通過隨后檢定，來判定衡器是否仍符合計(jì)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(dāng)我們對那些一般尚未超過檢定有效期的計(jì)量器具進(jìn)行檢定時，結(jié)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(nèi)，這個注解等于挑明了，允許有占多大比例的計(jì)量器具實(shí)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(yàn)型式批準(zhǔn)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?yàn)椤斗Q重手冊》一書出版較早（1992 年），也只印了一千本?？赡芎芏嗳耸种袩o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(nèi)容的理解，并不討論耐久性試驗(yàn)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(xí)慣。這個問題有待目前還在從事衡器工作的同仁們?nèi)ソ鉀Q。老實(shí)說，有關(guān)“耐久性誤差”的定義以及到底是歸屬在“型式試驗(yàn)”，還是歸屬在“使用中的試驗(yàn)”來判斷，即使在 OIML 中也無科學(xué)、準(zhǔn)確的定義。