0引言

耐久性(durability)概念的提出，起初是为适应军工产品的高可靠性需求。近年来衡器的耐久性也开始日益受到重视，OIML制订发布的国际建议中有关衡器的共有8个，其中：关于称重传感器(R60)[1]和非自动衡器(R76)[2]的各1个，关于各类自动衡器(R50[3]、R51[4]、R61[5]、R106[6]、R107[7]、R134[8])的6个，都已陆续增添了耐久性条款。但其中只有R76规定了耐久性的试验和评价方法，且其规定欠妥。

衡器界采纳耐久性概念的时间还不太久，在讨论耐久性试验方法时所提的一些方案往往与衡器自身的特点脱节，不能真正起到检验衡器耐久性的作用。准确把握衡器耐久性概念的实质，将有助于制订恰当的衡器耐久性试验与评价标准。

1耐久性的基本涵义与区别性特征

1.1耐久性的一般定义及其特征

国内外的许多标准文件都有耐久性的定义，下面摘录若干例。

1）我国的国家标准《可靠性、维修性术语》之3.3条的定义是：“产品在规定的使用与维修条件下，直到极限状态前完成规定功能的能力。产品的极限状态可以由使用寿命的终止、经济和技术上已不适等来表征。”

2）我国的国家军用标准《可靠性维修性保障性术语》之2.1.3.10条的定义是：“产品在规定的使用、储存与维修条件下，达到极限状态之前，完成规定功能的能力，一般以寿命度量。极限状态是指由于耗损(如疲劳、磨损、腐蚀、变质等)使产品从技术上或从经济上考虑，都不宜再继续使用而必须大修或报废的状态。”

3）国际电工委员会标准《国际电工技术词汇(IEV)−第192部分：可信性》[11]之192-01-21条的定义是：“abilitytoperformasrequired,undergivenconditionsofuseandmaintenance,untiltheendofusefullife.(在给定的使用和维修条件下，直到使用寿命结束前，按要求工作的能力。)”

4）美国军用标准《机械设备和子系统的完整性大纲》之3.13条的定义是：“Durabilityistheabilityofthesystemorcomponenttoresistdeterioration,wear,cracking,corrosion,thermaldegradation,andtheeffectofforeignobjectdamage,foraspecifiedperiodoftime.(耐久性是指系统或构件在规定的时段内抵抗退化、磨损、开裂、腐蚀、热变，以及外物损坏的能力。)”

5）俄罗斯国家标准《工程中的可信性基本概念、术语和定义》之1.3条的定义是：“Долговечность−Свойстовобъектасохранятьработоспособноесостояниедонаступленияпредельногосостоянияприустановленнойсистеметехническогообслуживанияиремонта.(耐久性是产品在规定的技术维护和修理制度下保持工作能力直到极限状态的一种属性)。”

6）OIMLV1《国际法制计量术语汇编(VIML)》之5.15条的定义是：“abilityofthemeasuringinstru-menttomaintainitsperformancecharacteristicsoveraperiodofuse(计量器具贯穿某个使用时期内维持其工作特性的能力)。”

上列条文虽然在表述上不尽相同，但从收录耐久性概念的标准文本所涵盖的范围和涉及的内容可知，耐久性的基本属性是一个可靠性和可信性范畴。通过对不同表述的比较分析、求同存异，可以归纳出它们有如下几个基本共同点：

1）反映能否在规定时段内持续可靠地实现所要求的功能；

2）查证“工作能力”和“防耗止损能力”等固有属性；

3）考量的是耗损性失效模式，它以“耐久性失效”或“极限状态”作为判断准则；

4）与“适用寿命”有关，可以是指须报废时的“总寿命”，也可以是指由经济或技术上已不适宜等因素相关的“可靠寿命”或“经济寿命”。

1.2稳定性与耐久性的区别

稳定性(stability)这个术语在衡器界应用得比耐久性要早很多，两者定义的字面上似乎又相仿，常易误认为耐久性就是(长期)稳定性。虽然稳定性不佳会使耐久性变差，然而耐久性差未必一定是由稳定性的问题造成的。两者有着某些关系，但并不能相互替代。

1）首先从两个术语的英文词源上来看，虽然耐久性与稳定性的英文后半部分都是ability，即两者反映的都是某种能力；但从有差别的前半部分分辨它们时，可发现前者与durable，duration及endure，endurance等词同源，后者与stable或stationary等词同源。可见，耐久性强调的是持续时间，而稳定性关注的是有无改变。

2）再从稳定性的定义来看，也可以发现两者的差别。

OIMLV2-JCGM200《国际计量学词汇−基础通用的概念及相关术语(VIM)》[15]之4.19条是：“propertyofameasuringinstrument,wherbyitsmetrologicalpropertiesremainconstantintime(测量仪器保持其计量特性恒定不随时间变化的属性)。”因此，某一计量特性的时间漂移实际上反映的就是稳定性。然而计量特性的时间飘移不仅可能随时间改变，还会因其他条件(温度、湿热等)发生变化，例如皮带秤零流量的温度影响，考察的也是稳定性。

3）还可以从这两个概念实际使用的场合来辨别。

计量器具的稳定性指标通常用来考察某个局部性能的非期望变化量。例如，R50中皮带秤的零点稳定性，R60中称重传感器的量程稳定性、灵敏度的时间漂移和温度漂移等等。

然而，耐久性针对的则是计量器具总体工作性能的维持能力。6个自动衡器国际建议，对于耐久性要求都是全局性的，即：所规定额定操作条件下的全部计量要求与技术要求，及其在干扰环境下能作出相应反应的要求，都应能够长期得到满足。

由此可见，想用稳定性来替代具有不同涵义的耐久性，将会在制订耐久性考核方法时有悖其本义。

2怎样理解衡器耐久性的特征

2.1关于衡器的耗损与寿命

从使用年限和计量管理的角度看，衡器可以归为两大类：一类是只需进行出厂一次性检验的，如人体秤、厨房秤等家用衡器；另一类是需多次检定或校准的非一次性使用衡器，如各种工业用秤、商贸用秤、实验室用秤等。当前者的工作性能不再符合要求时往往按报废处理，因此其适用寿命一般就是总寿命；而后者的工作性能变坏以致称量不准时，还可以通过修理和重新校准及后续检定之后再次投入使用，因此其适用寿命则是以技术和经济上是否相宜来确定的。VIML对计量器具耐久性所下定义中的“某个使用时期”，对于非一次性使用的衡器应该就是指前后相邻两次检定/校准之间的间隔时间。在考虑影响其耐久性的耗损方面，也应主要着眼于性能上的退化、变质状况，即能否继续提供可信的称量结果；而不能仅局限于机械零部件的磨损、开裂、腐蚀或电子元器件的开路、短路等硬伤。

2.2衡器耐久性的评价对象与试验项目

既然衡器耐久性评价的是其维持总体工作基本性能的能力，耐久性试验当然应在能实现其预期的称量用途下进行。因此衡器耐久性试验对象应当是能正常工作的整机，而不应是零部件或模块；衡器耐久性的试验项目也应当基于称量误差的测试。

2.3评价衡器耐久性的时机与场所

自动衡器与非自动衡器的国际建议都设置了关于计量控制的专门章节，要求根据国家法规要求的计量保证工作体系，由指定的机构用型式批准、首次检定、后续检定和使用中检验等手段实施计量器具控制。其中近期修订过的R50:2014和R61:2017又明确要求结合各种计量器具控制手段进行耐久性试验。

首次检定、后续检定和使用中检验等测试的都是在用衡器，当然应当在用户现场实施。可用前一次检定时校准后的称量误差与后一次检定时重新校准前的称量误差之间的差值作为耐久性试验误差，并可据此判断原定的检定周期(即衡量衡器耐久性的寿命)的长短定得是否适当。

那么，型式评价中的耐久性试验应放在哪里做呢？有一种意见认为也应放在现场。而我们认为，耐久性的型式检验应放在实验室进行，其原因为：

1）用户现场环境工况千差万别，无法对各家制造厂的样机提供基本相同的试验条件，型式评价作为某些衡器市场准入必备条件，其结果会有失公允。

2）型式评价时的许多试验项目，用户现场往往不具备所需的试验设施，如对于衡器模块的各种模拟试验、环境试验和抗干扰试验一般都需在实验室内完成，若把其中的耐久性试验再单独移到实验室之外进行，会使试验过程变得繁琐。

3）诚然，有些实验室目前尚不具备大型衡器正常称量操作所需的设施，但是这一状况正在逐步改变。某些省计量院和有的企业都已建设了自动衡器在线物料试验设施，有些实验室还具备远动操控输送机皮带张力、在线大范围调节给料流量等模拟各种现场恶劣工况的条件，以便能用高严酷度开展耐久性试验。

4）给样机提供相当于检定周期的试验时间，用户现场难以做到，但只要不超越衡器所能承受的极限工作条件，且能够量化和再现，实验室可设法以提高试验严酷度来缩短时间。

5）型式评价的对象往往是代表申请市场准入的某种衡器型式的样机，而用户实际使用的衡器及现场的实际环境与工况只是众多个例之一，两者的意义不完全相同。相应地，耐久性试验应当也可分成两种：一种是，以样机试验结果对该型式耐久性一般水平的评估，从而确定该型式能否被批准；另一种是，以现场已校准的在用衡器的试验结果对该个别实例的耐久性验证，从而确定其能正常工作而无须重新校准的时间段。因此，我们不必强求两者的完全一致。

6）由于型式评价以样机为对象的试验方式是一种抽样检验，难免会出现过宽或过紧的误判风险，这并不足为奇。对于如何防范和纠正误判风险，国际文件OIMLD19《型式评价与型式批准》[17]规定：已通过实验室型式试验并获得了型式批准的某种型式衡器，倘若事后发现该型式存在批准前未被发现的缺陷，或在不同的多处现场其性能都不合格，可以吊销原先的型式批准；而按型式评价进行的耐久性试验不合格倘若只是因衡器个别安装下的特征，而不是衡器型式的一个特征时，仍可决定该衡器型式被批准。

综上所述，型式评价中的耐久性试验放在实验室进行更为恰当。

3对某些耐久性试验方法的点评

3.1关于非自动衡器的试验方法

GB/T23111-2008(idtOIMLR76:2006)[18]规定了具体的耐久性试验方法(A.6)：在正常使用条件下，以能使衡器在加载和卸载时达到平衡的频率与速度，对衡器反复加-卸约等于50%Max的载荷10万次，试验中衡器受到的作用力不得超过正常操作下达到的力。在此加卸载循环前后各进行一轮称量试验，用前一轮试验确定初始固有误差，后一轮试验确定因磨损引起的耐久性误差。

但是，用这种试验方法来测评衡器的耐久性是不妥的。首先，把测试对象的最大秤量限制在100kg以下，是囿于置办能方便地反复加卸载的大质量载荷不易，但会使大量100kg以上秤量的衡器得不到应有的测试。其次，把衡器的耐久性仅认作机械磨损，且试验只是对承载器反复加卸载，实际考察的主要是称重传感器弹性体的疲劳和蠕变、输出信号的滞后和稳定性、重复性等，也是不恰当的。

3.2关于皮带秤的试验方法

由于关于自动衡器的国际建议对于耐久性的要求还只是停留在一般性原则层面上，并没有制订出定量、具体的方法。因此在讨论制订自动衡器的耐久性试验方法时，曾有一种意见，就是借用上述OIMLR76的方法。这原本就不妥，更忽视了自动衡器的构造与工作状态跟非自动衡器有很大不同，当然很不可取。

我国的皮带秤国家标准GB/T7721-2017[19]在采用OIMLR50:2014时有所修改和增补，规定了国际建议所没有的皮带秤耐久性试验具体方法，体现了我国皮带秤业界技术上的领先和开拓创新精神，十分可喜。其9.1.7.2条对型式检验时的耐久性试验作了如下规定：“试验应在试验室或现场利用物料实际运行的工况来进行试验。当皮带秤首次安装完成后，经过72h周期后，期间皮带输送机可正常运行，除只能运行正常的置零功能外，不得进行其他任何可能影响计量性能的操作，皮带秤零点(累计值)试验的最大允许误差应不超过5.8.2的要求，物料试验的最大允许误差应不超过5.2.1中使用中检验的要求。”

GB/T7721-2017把耐久性测试的项目规定为在完整安装的皮带秤上进行零点累计值试验和物料自动称量试验，以测得的误差来评判耐久性，恰当地征。但是只是以“实际运行的工况来进行试验”，而且仅“经过72h周期”这样一个远短于用户所希望可维持准确称量能力而不必重新检定/校准的某个使用时期或者一般检定周期的时间间隔，也显然是有悖于耐久性原义的。

我们认为，如果型式评价中的耐久性测评安排在额定工作条件下进行，那就应当安排足够长的试验时间，并持续进行实时或经常性的监测，直到耐久性误差超标为止，发生超标的时刻与试验起始时的间隔期即为体现耐久性的适用寿命。

倘使试验场所不能安排如此长久的试验时间，那就应当加大试验的严酷度来缩短试验所需的时间。这是可靠性试验惯常的办法，而耐久性正是属于可靠性的基本要素之一，因此完全可以用这种办法来试验。

4关于衡器的使用中核查

期间核查，即对相邻两次检定或校准之内的间隔时期内在用计量器具进行的检查和验证，也惯称为“使用中核查”。

OIML将使用中核查列为计量控制的手段之一，要求由法定计量机构按法制计量的要求来实施，通常除了最大允许误差的指标外，其他要求与后续检定类似。我国的皮带秤检定规程JJG195-2002[20]中称之为“使用中检验”。然而，法定计量机构是难以担负起对每一台衡器及时核查职责的，其可能承担的只是少量的监督抽检工作。

美国NISTHB-44[21]规定了用户自行承担使用中核查的要求。JJG195-2002在采纳OIMLR50的同时还仿照NISTHB-44制订了附录D，对用户规定须自行承担“使用中的示值核查”的强制性要求。虽然用户进行的使用中核查不属于法制计量范畴中的计量控制内容，但对于使用中衡器是重要的品质保证手段。通过对在用衡器耐久性的日常跟踪监测，对于判断原先所定的检定周期是否需要调整，起着不可或缺和替代的作用。GB/T7721-2017同样也借鉴NISTHB-44，规定了相应的使用中核查方法。

5不同计量控制手段下衡器耐久性的比较

由于不同类型的计量控制手段实施的时机、场合与目的不尽相同，相应的耐久性试验方式也不应完全一致，体现在产品标准、型式评价大纲、检定规程之中时，也应各有侧重，相互补充，而不能偏废。

表1列出了它们各自的特点与区别。

6结论

耐久性是衡器的一项重要性能，它反映的是衡器整机预期总体基本性能得以保持前提下的适用寿命，也就是经合理调整、规定恰当的检定周期。它与反映个别性能变化的稳定性不同，稳定性检测不能替代耐久性检测。耐久性对于衡器是一项必不可少的评估项目，考察对象应当是具备完整使用功能、可正常运行的整机(而不是其组成模块或零部件)。衡器的耐久性测评应当在型式评价、首次检定、后续检定、使用中核查等各个阶段都要开展。（作者：盛伯湛）

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来 源：计量科学与技术

编辑：仪器仪表WXF

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