Калибровка тензодатчиков и весов: как правильно откалибровать

Калибровка, юстировка и поверка: в чём разница

В быту всё это называют «калибровкой», но у метрологов это три разных действия. Путаница приводит к ошибкам: например, откалибровав торговые весы после ремонта, их нельзя сразу вернуть в расчёты с покупателями — сначала нужна поверка.

Слово «калибровка» в метрологии означает ещё и определение погрешности без настройки — с выдачей сертификата калибровки. В весовой практике и в меню терминалов (CAL, CALIBRATION) так называют именно настройку. В статье мы используем бытовой смысл, а процедуру оценки погрешности называем «проверкой гирями».

Зачем калибровать весы

Тензодатчик — «сердце» электронных весов: он превращает силу в милливольты. Но сам терминал не знает, сколько килограммов соответствует этим милливольтам. Чувствительность датчиков разных партий, длина кабеля, сумматор, конструкция платформы и даже сила тяжести в месте установки — всё это влияет на итоговое число. Калибровка связывает сигнал с массой для конкретной сборки.

• Достоверные результаты. Ошибка в 0,5 % на весах 60 т — это 300 кг на каждом взвешивании: для торговли, производства и логистики это прямые деньги.
• Соответствие нормам. Весы в торговых и учётных операциях должны укладываться в допуски ГОСТ OIML R 76-1 и проходить поверку.
• Раннее обнаружение неисправностей. Если весы перестали держать калибровку, это сигнал: вода в сумматоре, упор платформы, повреждённый датчик.
• Доверие клиентов. Неточные весы — это претензии, недостачи и потеря репутации.

Со временем характеристики системы могут меняться: механика «садится», подкладки и опоры изнашиваются, фундамент дает осадку, в кабель попадает влага. Качественные датчики меняются мало — по паспорту Sierra SH8C ползучесть не более 0,014 % РКП за 30 минут, неповторяемость не более 0,01 % РКП, — но весы в целом всё равно нужно периодически проверять.

Как терминал «видит» вес: прямая «код → масса»

АЦП терминала измеряет сигнал моста и выдаёт число — код. При пустой платформе код не равен нулю: мешают вес самой платформы (мёртвый груз) и баланс нуля датчиков (у SH8C и SL6E до 1 % РКП по паспорту). При нагрузке код растёт почти пропорционально массе. Поэтому терминалу достаточно двух чисел:

• Калибровка нуля определяет N₀: сдвигает прямую вверх-вниз.
• Калибровка диапазона (span) определяет k: задаёт наклон прямой по грузу известной массы.
• Если характеристика слегка изогнута, прямая через две точки даёт ошибку посередине. Тогда нужна многоточечная калибровка.

Что нужно для калибровки и как подготовить весы

Инструменты и документы

• Эталонные гири с действующей поверкой: класс и масса подбираются по допускам весов — подробно в разделе «Эталонные гири».
• Инструкция терминала: как войти в режим калибровки, где переключатель или пароль, какие параметры (дискрета, Max, десятичная точка).
• Паспорт весов и датчиков: условия эксплуатации, диапазон термокомпенсации, число поверочных интервалов.
• Мультиметр и мегаомметр на 50 В — для проверки датчиков перед калибровкой (изоляция датчиков Sierra по паспорту не менее 5000 МОм при 50 В).
• Уровень для платформы, журнал для записи показаний.

Условия

• Твёрдое, ровное основание без вибраций. Платформа ни во что не упирается, под ней нет мусора, льда, снега.
• Нет сквозняков и резких перепадов температуры. Весы и гири «акклиматизированы» к помещению.
• Температура — в рабочем диапазоне терминала и в диапазоне термокомпенсации датчиков (у SH8C и SL6E по паспорту −10…+40 °C).
• Весы включены и прогреты: время прогрева — по инструкции терминала, на практике обычно от 15 до 30 минут.

Юстировка углов перед калибровкой

Если под платформой несколько датчиков, один и тот же груз в разных местах может показывать разный вес: датчики немного отличаются чувствительностью, а платформа распределяет нагрузку неравномерно. Калибровка это не лечит — она меняет общий коэффициент, а не вклад отдельного угла. Поэтому сначала выравнивают углы, и только потом калибруют.

1. Обнулите пустые весы.
2. Поставьте контрольный груз поочерёдно над каждой опорой (в каждый угол). По ГОСТ OIML R 76-1 для проверки эксцентриситета на весах с числом опор до 4 берут груз около 1/3 Max; при большем числе опор n — около 1/(n − 1) Max.
3. Запишите показания. Самый «лёгкий» угол — опорный.
4. Подстроечными резисторами сумматора (или коэффициентами каналов в цифровом терминале) снижайте показания «тяжёлых» углов до уровня опорного.
5. Повторите обход: подстройки влияют друг на друга. Обычно хватает двух-трёх проходов.
6. После юстировки выполните калибровку нуля и диапазона — общий коэффициент изменился.

Подробнее о подстроечных резисторах сумматора — в статьях «Как подключить тензодатчик» и «Как выбрать и настроить сумматор». Соединительные коробки — в разделе каталога «Сводящие коробки».

Калибровка нуля

Калибровка нуля запоминает код пустых весов N₀. Это не то же самое, что кнопка ZERO или TARE в режиме взвешивания:

• Калибровка нуля — постоянная точка отсчёта в памяти терминала. От неё считается, допустимо ли обнуление кнопкой.
• Кнопка ZERO — оперативная поправка в пределах диапазона обнуления (у XK3190-A12E по руководству он задаётся параметром P8: 2, 4, 10 или 20 % НПВ).
• Автообнуление при включении — у A12E параметр P9 с теми же вариантами. Если при включении ноль вне диапазона, терминал выдаёт ошибку (у A12E — ERR 3).
• Тара — вычитание массы упаковки, на калибровку не влияет.

Порядок

1. Платформа пуста, ничто её не касается, весы прогреты.
2. В режиме калибровки выберите шаг нуля (у A12E — надпись nOLOAD).
3. Дождитесь признака стабильности (STABLE, ▸0◂) и подтвердите.

Для весов в торговле и учёте широкий диапазон обнуления опасен: кнопкой можно «спрятать» реальный груз. Ограничения диапазонов обнуления для поверяемых весов установлены ГОСТ OIML R 76-1 — сверяйтесь со стандартом и описанием типа.

Калибровка по одной точке (span)

Классическая калибровка большинства терминалов: ноль + один груз. Терминал считает k = m_кал / (N_кал − N₀). Метод точен, если характеристика весов линейна, а груз близок к Max.

1. Задайте параметры: дискрету (цену деления), положение десятичной точки, НПВ.
2. Выполните калибровку нуля.
3. Введите массу калибровочного груза (по сумме номиналов гирь или по свидетельству на груз).
4. Установите груз: на одноточечных весах — по центру платформы, на многодатчиковых — равномерно по всей площади или по центру, симметрично опорам.
5. Дождитесь стабильности, подтвердите. Терминал рассчитает коэффициент.
6. Сохраните параметры (на многих терминалах — переключателем под пломбой) и выйдите в режим взвешивания.
7. Проверьте весы гирями в нескольких точках — см. «Точки проверки».

Калибровка по двум точкам: коэффициент

Если терминал или контроллер (ПЛК, Arduino с HX711) позволяет считать коды АЦП, калибровку можно сделать «вручную» по двум точкам. Обычно первая точка — ноль, но можно взять и две ненулевые нагрузки: например, когда весы нельзя полностью разгрузить (бункер с остатком продукта).

Пример из калькулятора: разница кодов 500 400 на 2000 кг даёт k ≈ 0,003997 кг на код — на одно деление 1 кг приходится около 250 кодов. Если на одно деление приходится меньше десятка кодов, шум АЦП будет виден в последней цифре — сигнала мало, нужны датчики с большим использованием номинала или терминал с лучшим разрешением.

Проверка линейности

После калибровки по двум точкам весы точны в этих точках. Между ними и за ними возможна ошибка линейности. Причины: нелинейность самих датчиков (у SH8C по карточке каталога не более 0,017 % РКП — для исправных весов это доли деления), но чаще — механика: платформа упирается в раму при большой нагрузке, «плавают» опоры, неравномерно работают датчики.

Проверка проста: нагружайте весы ступенями от нуля до Max и обратно, записывайте показания и сравнивайте с массой гирь. Допуск в каждой точке — по таблице ГОСТ OIML R 76-1.

Как читать результат

• Ошибка растёт к Max в одну сторону — неточный коэффициент: груз калибровки был лёгким или гири неточны. Повторите калибровку грузом ближе к Max.
• «Горб» посередине, по краям ноль — нелинейность. Проверьте механику; если она в порядке — многоточечная калибровка.
• Резкий провал на больших нагрузках — платформа во что-то упирается или датчик перегружен.
• Разные показания на подъёме и спуске — гистерезис: трение в узлах встройки, перетянутые упоры.

Многоточечная калибровка (линеаризация)

Некоторые терминалы позволяют калибровать по 3–5 точкам (например, 10 %, 50 % и 100 % Max) и строят ломаную вместо прямой. Это исправляет плавную нелинейность и полезно на весах с высоким разрешением или сложной механикой (бункеры, конвейеры).

• Точки нагружают по возрастанию, не снимая предыдущий груз.
• Линеаризация не исправляет гистерезис, неповторяемость и эксцентриситет — только плавный изгиб характеристики.
• Если без линеаризации весы в допуск не укладываются, сначала ищут механическую причину: линеаризация, скрывающая упор или перекос, перестанет работать при первом же изменении температуры.

Если в терминале нет многоточечной калибровки, а ошибка в середине диапазона велика, можно откалибровать весы в точке наиболее частых взвешиваний, но только для технологических весов, не для коммерческих.

Эталонные гири: какой класс и какая доля от Max

Класс гирь

Главное правило ГОСТ OIML R 76-1: погрешность эталонных гирь, которыми проверяют весы, не должна превышать 1/3 предела допускаемой погрешности весов при данной нагрузке. Классы гирь установлены ГОСТ OIML R 111-1: E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3, M3 — от самых точных к грубым. Для гирь от 1 кг допускаемая погрешность пропорциональна массе:

По ГОСТ OIML R 111-1. Для гирь меньше 1 кг относительная погрешность больше — сверяйтесь со стандартом.

Доля от Max

Чем ближе груз калибровки к Max, тем меньше растёт ошибка при пересчёте на весь диапазон. Терминал калибруется по внутренним кодам АЦП, а не по округлённому табло, поэтому в точке калибровки ошибку дают погрешность гирь и нестабильность сигнала (шум, вибрация, ветер). При поверке крупных весов ГОСТ OIML R 76-1 (п. 3.7.3) разрешает часть гирь заменять другим грузом (метод замещения), но эталонных гирь должно быть не меньше 1/2 Max; при хорошей повторяемости (не хуже 0,3e) — не меньше 1/3 Max, при 0,2e — не меньше 1/5 Max.

• Для торговых весов до 30 кг набор гирь на полный Max обычно доступен — калибруйте на Max.
• Для платформенных весов 1–3 т используют гири по 20 кг или 500 кг и паллеты с грузом — лучше набрать не меньше половины Max.
• Автомобильные весы калибруют эталонными гирями на поверочной машине и методом замещения.
• Гири должны иметь действующую поверку; повреждённые, грязные, с отбитыми краями гири теряют массу.

Допуски весов по ГОСТ OIML R 76-1

Весы неавтоматического действия делятся на классы точности: I (специальный), II (высокий), III (средний), IIII (обычный). Большинство торговых, платформенных и автомобильных весов — класс III. Пределы допускаемой погрешности выражают в поверочных делениях e и зависят от нагрузки m:

• В эксплуатации допуск вдвое больше, чем при поверке.
• Повторяемость: разность показаний при нескольких взвешиваниях одного груза не должна превышать допуск при этой нагрузке.
• Эксцентриситет: показания груза в разных местах платформы должны укладываться в допуск.
• Число делений n = Max / e: для класса III — от 100 до 10 000, для класса II — от 5000 до 100 000 (при e ≥ 0,1 г), для IIII — от 100 до 1000.

Пример: весы 3000 кг, e = 1 кг, класс III. До 500 кг допуск при поверке ± 0,5 кг, от 500 до 2000 кг — ± 1 кг, выше — ± 1,5 кг. В эксплуатации — ± 1, ± 2 и ± 3 кг.

Точки проверки после калибровки

Проверяйте весы не только в точке калибровки. Практичный набор точек, согласованный с методикой ГОСТ OIML R 76-1: минимальная нагрузка Min, нагрузки на границах смены допуска, середина и Max, плюс проверка эксцентриситета и повторяемости.

Минимальная нагрузка Min по ГОСТ OIML R 76-1: для класса III — 20e, для класса II — 50e (при e ≥ 0,1 г), для класса IIII — 10e. Взвешивание ниже Min допустимо технически, но относительная погрешность там велика.

Точнее, чем цена деления

Показание округлено до e, поэтому ошибку меньше деления «на глаз» не увидеть. Метод поверителей: на груз L по одной докладывают маленькие гирьки по 0,1e, пока показание не переключится на следующее деление. Если добавили ΔL, а на табло I, то ошибка до округления E = I + 0,5e − ΔL − L. Так ошибка определяется с точностью до 0,1e.

Расчёт погрешности весов

Калькулятор сравнивает показание с массой гирь и допуском по классу весов. Можно учесть догрузку по 0,1e, если вы определяли ошибку до округления.

Если ошибка в пределах допуска эксплуатации, но выходит за допуск поверки, весы работают, но к очередной поверке их стоит перекалибровать. Если выходит и за допуск эксплуатации — весы нельзя использовать в расчётах до калибровки и поверки.

Калибровка без гирь: расчёт по мВ/В

Многие терминалы позволяют «теоретическую» калибровку: вводят чувствительность датчиков (РКП, мВ/В) и их номинал, а терминал сам рассчитывает коэффициент. Это удобно для бункеров и силосов, где поставить гири трудно. Но точность такой калибровки ограничена допуском на РКП, сопротивлением кабеля и сумматора, конструкцией.

Пример: у одноточечного SL6E по паспорту РКП 2,0 ± 0,15 мВ/В — неопределённость 7,5 %, это сотни делений. Для коммерческих весов калибровка по мВ/В не заменяет гири. Для технологических весов её используют как начальную настройку и затем уточняют по известному грузу или методом замещения.

Температура и прогрев

Датчики термокомпенсированы, но не идеально. В паспорте SH8C указано: изменение РКП от температуры не более 0,016 % РКП на 10 °C, изменение НКП (нуля) — не более 0,020 % РКП на 10 °C, диапазон термокомпенсации −10…+40 °C. Для уличных весов летом и зимой это заметно.

• Калибруйте при температуре, близкой к рабочей; уличные весы — не в сильный мороз или жару.
• Гири должны быть той же температуры, что весы: холодные гири на тёплой платформе дают конденсат и дрейф.
• Ноль проверяйте ежедневно: уход нуля от температуры убирается кнопкой ZERO, уход чувствительности — только калибровкой.

Пример: калибровка терминала XK3190-A12E

По руководству весового терминала XK3190-A12E. Вход в калибровку: включите питание и во время самотестирования нажмите #.

Быстрая калибровка: до надписи nOLOAD нажмите FUNC — только ноль; до AdLOAD нажмите ACCUM — только диапазон. Ошибки, связанные с калибровкой: ERR 1 — показание АЦП слишком мало для калибровки, ERR 2 — ноль калибровки вне допустимого диапазона, ERR 3 — показания вне диапазона нуля при включении, ERR 5 — НПВ задан равным нулю. Все коды — в статье «Ошибки XK3190-A12E: от Err1 до Err6».

Меню других терминалов отличается названиями, но логика та же: дискрета → Max → ноль → груз → сохранение. Весь выбор — в разделе «Весовые индикаторы».

Особенности калибровки по типам весов

Торговые весы (настольные, прилавочные)

Обычно один одноточечный датчик, Max до десятков килограммов, малая цена деления (единицы граммов). Весы применяются в торговле, поэтому обязательна периодическая поверка.

• Используйте набор гирь, перекрывающий весь диапазон; класс подберите по допуску (раздел «Эталонные гири»).
• Центровка гирь важна, но одноточечный датчик компенсирует смещение: у SL6E по паспорту угловая коррекция 0,02 % от нагрузки на 100 мм при платформе до 400 × 500 мм.
• Обычно достаточно калибровки нуля и одной точки на Max.
• Проверьте несколько точек (например, для весов 15 кг: 100 г, 500 г, 2 кг, 5 кг, 15 кг) и четыре угла платформы.

Платформенные весы (напольные, паллетные, балочные)

От сотен килограммов до нескольких тонн. Чаще всего четыре балочных датчика, например SH8C, и сумматор. Чувствительны к неровному полу и нагрузке по углам.

• Перед калибровкой — юстировка углов грузом около 1/3 Max.
• Груз калибровки — как можно ближе к Max, распределённый равномерно (паллета с гирями).
• Проверьте, что платформа не касается рамы или пандуса на полной нагрузке.

Автомобильные весы

Самые сложные: длинная платформа из нескольких секций, много датчиков (двухопорные балки SHM9B или колонные SHM14K), сильное влияние фундамента и температуры. Используются в коммерческих расчётах — поверка обязательна, калибровку обычно выполняют специалисты с поверочной машиной.

• Фундамент. Стабилен, соответствует проекту, проверен нивелиром. Опоры одной высоты.
• Предварительные проверки. Зазоры между секциями и отбойниками, состояние датчиков, кабелей и соединительных коробок, отсутствие воды.
• Юстировка по секциям. Груз (эталонные гири на поверочной машине или машина стабильной массы) ставят поочерёдно над каждой парой датчиков и выравнивают показания.
• Калибровка диапазона. Эталонные гири, при нехватке — метод замещения по ГОСТ OIML R 76-1 (п. 3.7.3). Методика «груженые машины, взвешенные на других весах» даёт только оценку, а не калибровку по эталону.
• Проверка по всему диапазону и по положению груза вдоль платформы.

Бункерные и силосные весы

Весы встроены в технологию, доступ ограничен. Используются датчики на сжатие (колонные, S-образные SH3, шайбы) или на растяжение (подвесные бункеры).

• Контрольные гири на кронштейнах или внутри бункера — если конструкция позволяет.
• Метод замещения. Бункер нагружают гирями, отмечают показание, снимают гири и засыпают материал до того же показания; снова ставят гири — и так до Max.
• Заливка воды или материала известной массы, отмеренного на поверенных весах.
• Силовые калибровочные устройства (гидравлические или механические, с эталонным силоизмерителем) — точны, но требуют квалификации.
• Трубы, рукава и площадки обслуживания, жёстко связанные с бункером, забирают часть веса. Их делают гибкими, иначе калибровка «поплывёт» с температурой.

Крановые весы

Датчик работает на растяжение. Калибруют гирями или грузами известной массы, подвешенными на крюк. Груз должен висеть свободно, без раскачивания, стропы — одинаковые при калибровке и при работе, иначе их масса попадёт в показания.

Дистанционная калибровка

Современные цифровые терминалы и АЦП позволяют менять параметры удалённо. Но эталонный груз всё равно ставят на месте: без него удалённо можно лишь перенести ранее определённый коэффициент.

Оборудование для калибровки и роль датчиков

Что использует сервисный инженер

• Эталонные гири нужных классов, для больших весов — поверочные машины и тележки с гирями.
• Силовые калибровочные устройства и эталонные силоизмерители.
• Мультиметр и мегаомметр — проверка датчиков и кабелей.
• Уровни и нивелир — геометрия платформы и фундамента.
• ПО терминала для чтения кодов АЦП и сохранения параметров.

Почему качественные датчики упрощают калибровку

Датчики Sierra класса C3 сертифицированы по ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60) и внесены в реестр средств измерений, гарантия — 3 года (по карточкам каталога). Посмотреть модели — в разделе «Тензодатчики Sierra».

SH8C · платформенные весы SL6E · торговые весы SHM9B · автовесы SH3 · бункеры, подвесы

Типовые ошибки калибровки

1. Неточные или неповеренные гири. Решение: гири с действующей поверкой, класс — по правилу 1/3 допуска.
2. Слишком лёгкий груз калибровки. Ошибка умножается на Max / m_кал. Решение: груз ближе к Max, минимум — половина.
3. Калибровка без юстировки углов. Весы верны в центре и врут по краям. Решение: сначала углы, потом калибровка.
4. Груз неустойчив или неправильно размещён. Решение: по центру для одноточечных, равномерно — для многодатчиковых; дождитесь стабильности.
5. Неподходящие условия. Сквозняк, вибрация, непрогретый терминал, холодные гири. Решение: прогрев, стабильная среда.
6. Калибровка неисправных весов. Ноль уходит, показания скачут — ищите причину, а не перекалибровывайте.
7. Параметры не сохранены. На A12E без переключателя калибровки новые параметры пропадают после выключения.
8. Не проверили после калибровки. Одна точка не гарантирует точность по диапазону — нужна проверка в нескольких точках.

Как часто калибровать и поверять весы

Поверка проводится с периодичностью, установленной межповерочным интервалом в описании типа средства измерений (его можно найти во ФГИС «Аршин» по номеру в Госреестре). Для многих весов это 1 год. Также поверка нужна после ремонта и при вводе в эксплуатацию.

Калибровка нормами не регламентируется — её делают по необходимости. Практика сервисных инженеров:

• Ежедневно: проверка нуля пустых весов.
• Регулярно (от раза в неделю до раза в месяц в зависимости от нагрузки): контрольный груз известной массы, запись в журнал.
• Обязательно: после монтажа, переноса, ремонта, замены датчика, сумматора или терминала, перегруза или удара, затопления, и когда контрольный груз вышел за допуск.

Чек-лист калибровки весов

Проверьте себя

Частые вопросы

Словарь

Калибровка (настройка) весов

Определение нуля и коэффициента «код АЦП → масса» по эталонным гирям.

Поверка

Подтверждение соответствия весов метрологическим требованиям аккредитованной организацией.

Юстировка углов

Выравнивание показаний одного груза в разных точках платформы.

Max (НПВ)

Наибольший предел взвешивания весов.

Min (НмПВ)

Наименьший предел взвешивания: ниже него относительная погрешность слишком велика.

e — поверочное деление

Величина, в которой выражают допуски весов; d — цена деления на табло.

Span

Калибровка диапазона — определение наклона характеристики по грузу.

Эксцентриситет

Зависимость показаний от места груза на платформе.

Линеаризация

Многоточечная калибровка, исправляющая изгиб характеристики.

Метод замещения

Поэтапная замена эталонных гирь другим грузом при проверке крупных весов.

РКП, НКП

Рабочий коэффициент передачи датчика (мВ/В) и начальный — сигнал без нагрузки.

Источники

• ГОСТ OIML R 76-1-2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания» — классы точности, пределы допускаемой погрешности, эксцентриситет, метод замещения.
• ГОСТ OIML R 111-1-2009 «Гири классов E1, E2, F1, F2, M1, M1-2, M2, M2-3 и M3» — допуски гирь.
• Федеральный закон № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».
• ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60) — тензодатчики.
• Паспорта тензодатчиков Sierra SH8C и SL6E; карточки каталога sierra.market.
• Руководство по эксплуатации весового терминала XK3190-A12E (карточка каталога).

Читайте также