浅析加速度对动态称重结果的影响
0 引 言
中华人民共和国国家标准GB/T21296-2007《动态公路车辆自动衡器》中制定动态汽车衡的各种检测内容，其中包括传感器、整车总重量、准确度等级、最大允许误差等。标准中提及影响精度衡器的因子有温度、湿度、电源、干扰、称量速度等
[1]，并给出对这些影响因子的测试方法[2-3]，然而却未提及在称量过程中加速度对称量结果精度的影响，但实际检测过程中发现，车辆若以变速通过秤台，测量结果将会产生较大偏差。针对上述问题，本文通过分析汽车在行驶过程中的受力情况，证实了加速度会对称重结果产生不可低估的影响。
1 加速度情况过秤原理
汽车以v的匀速速度通过秤台时，汽车除受行驶方向的力外，还要受垂直于地面的作用力，主要是由于路面不平和车辆自身的震动引起。以两轴车为例分析，如图1所示，设车总质量为M，总重量为Mg，当其匀速通过时，前轴承载m1g，后轴承载为m2g。
当车速以速度V加速度a运动时，重心前后（轮）轴的位置距离如图2所示，汽车重心到前后轮轴的垂直距离为L1和L2，
前后轮轴的距离为L,轮轴距地面的距离为H。前轴上秤时，以后轴为支点：
则车的力平衡关系为：
2 动态称重影响因素
根据汽车衡的称重原理，分析影响称重结果的主要因素有：
2.1 传感器
称重传感器是一种将压力转换为电信号的敏感器件。传感器的测量精度和动态响应性能够直接影响最终结果的准确性，从传感器引入的误差，包括重复性误差、蠕变、温度误差等。因此，传感器既要有较高的灵敏度，又要有良好的复用性。
2.2 称重仪表
称重仪表是电子设备，其正常工作会受到很多干扰，如电源波动，温度。电子仪表所引起的误差包括综合影响（非线性、滞后及温度对量程的影响）、温度对空载示值的影响、电源变化、量程稳定性。
2.3 路面的平整度和倾斜度
路面的平整度和倾斜度影响称重传感器受力，使汽车没有垂直于秤平面施力，进而影响称重结果，一般在安装时注意选在平整的地基，保证传感器和秤台接触良好，每个传感器受力相对均匀。
2.4 车辆行驶速度
标准中规定了车辆应在最高速度和最低速度之间的某一速度通过，速度越大，车辆轴重信号偏离真实值越远。另外，车速的变化会引起车辆自身的振动，给称量过程增加了许多干扰。车辆行驶速度及其变化是本文研究的重点。下面分析加速度对称量结果误差产生影响的具体大小。
3 测量不确定度
3.1 测量不确定度概念
不确定度是为了表明被测量的分散性，用标准差或标准差的倍数或置信区间的半宽表示。测量不确定度是表征对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，与测量结果相关联的参数[4]。测量不确定度分为两类，即A类和B类。A类用对观察列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度。根据仪器和鉴定证书及技术手册和标准，采用B类评定方法进行评定。
3.1.1 A类不确定度
用对观察列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度
在重复性或复现性条件下对被测量进行多次测量取值，得到了一组等精度的测量值，称为测量列。在对测量列进行分析、计算和修正后，应不再包括系统误差和疏忽误差。求其算术平均值
3.1.2 B类不确定度
分析测量列以外的影响因素，统计这些因素对测量结果影响的标准不确定度分量数值的大小。这些影响因素的来源有：以往观察的数据；观察仪器的技术指标；仪器校准和鉴定证书及技术手册和标准等。
a) 通过扩展不确定度U或Up以及包含因子k或kp来进行评定。若某一个被测量值xi的估计值俩源于制造厂的说明书、标准、或检定证书等，同时给出了U或Up,也给出了相应的k或kp，则可求出且判定为正太分布，则根据p值查表得出kp。
b) 根据可能值的上、下限来进行评定。如果相关资料表明被测量xi的值以置信概率p落入-a～+a区间内，则这一区间的半宽为a,若xi的分布为正太分布，查表得出kp,称重仪表是数字显示设备[5]，本论文以某公司生产制造的XK3906-C1仪表为例，其满量程温度系数5ppm/℃，其准确度等级为3级，分度值为50，服从均匀分布，则称重仪表的不确定度：
3.2.1 A类不确定度
同一台称重仪表，测量点选择1/3量程处，用数字电位差计连续输入10次模拟信号，得到一组测量列，如表1。
表1 仪表重复性 单位:kg Tab.1 meter repeatability unit kg
1t砝码的等级为F1级，根据国家砝码检定标准，最大误差为δ=0.5kg，估计最佳值x－处于[x－-δ,x－+δ]并呈均匀分布，
则称重仪表的合成标准不确定度：
扩展不确定度U95=kpuc1，取p=95%，根据veff=90，p=95%查表得到k95≈2，则有U95=2×17.9=35.8kg
3.3 称重传感器不确定度
本文以某公司生产的SB20t型传感器为例，其精度等级为C3，灵敏度为2.0001mv/v，零点输出为0.58%FS,最小检定分度值6.7kg,激励电压DC5V。
3.3.1 A类不确定度
同一传感器输入相同的压力测量重复性，检测数据见表2：
表2 传感器的重复性 单位mv Tab.2 sensor repeatability unit:mv以平均值的实验标准偏差s(－x)作为测量结果的标
准不确定度，即A类标准不确定度。则标准不确定度u1=s(－x)=0.00527mv，v1=n-1=9,对应引起的重量不确定度是10.54kg。
3.3.2 B类不确定度
叠加式力标准机的精度为±0.02%FS，且服从均匀分布，则由力标准机引起的标准不确定：
万用表的最小分辨率为0.01μv/v，信号输入范围：-12mv/v至+12mv/v，示值误差为0.01% ，则由万用表引起的不确定度为： mv
这个数字结果较小，引起的重量不确定度也非常小，可忽略不计。
温度是影响传感器的一个重要因素，温度不稳定及振动等环境变化引起的指示仪表示值变化一般≤1个字：0.00001mv/ v且服从均匀分布，则由温度等环境因素引起的不确定度为：
这个数字结果较小，引起的重量不确定度也非常小，可忽略不计。
则传感器的合成不确定度为：
扩展不确定度U95=kpuc2，取p=95%，根据veff=9，p=95%查表得到，k95≈2.26则有U95=2.26×10.79=24.38kg
3.4 加速度不确定度
4 结 论
通过上面分析，清楚地看出汽车以一定的加速度通过动态 汽车衡时，称重结果出现很大的误差。因此，在生产制造过程中，应该考虑加速度对称重的影响，必要的时候增加加速度的补偿措施；在使用过程中，车辆通过动态衡时应该尽可能保持匀速状态，避免加减速，以最大限度的减少称重误差。