您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
有那些稱重傳感器
在 2003 年我為了與稱重傳感器的選用單位進行技術(shù)交流,，寫了一篇《如何正確使用稱重傳感
器》的文章,，分別從“稱重傳感器zui大秤量",、“稱量準確度",、“稱重傳感器結(jié)構(gòu)",、“稱重傳感器安裝"
和“使用環(huán)境的特殊要求"等方面,，談了個人在電子衡器選擇稱重傳感器方面的一些經(jīng)驗,。隨著時間
的變化,，我國電子衡器的飛速發(fā)展，在大型衡器方面,，重型長規(guī)格承載器汽車衡的普遍投入使用,，
一些新的問題又出現(xiàn)在我們面前。特別是由于鋼結(jié)構(gòu)承載器受到熱脹冷縮影響而長度產(chǎn)生的變化,，
一是會直接使稱重傳感器不能垂直傳遞力值,；二是會影響限位裝置的間隙大小,，甚至頂死。為了保
證計量性能的準確性,，應該選擇什么結(jié)構(gòu)的稱重傳感器是此篇文章想要傳遞的指導思想,。目前國內(nèi)
外用于大型衡器上的稱重傳感器大致有：柱式稱重傳感器、橋式稱重傳感器,、雙剪切梁吊環(huán)稱重傳
感器,、軸對稱扭環(huán)型稱重傳感器、輪輻式稱重傳感器等,。
二,、幾種稱重傳感器的特點
1．柱式稱重傳感器（如圖 1）
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、過載能力比較強,、固有頻率高動
態(tài)響應快,、安裝較方便、制造成本低,。
缺點：抗側(cè)向和偏載能力較差（雙膜片結(jié)構(gòu)的較好）,、
固有線性較差、稱重傳感器不易固定易旋轉(zhuǎn),。
柱式稱重傳感器由于以上的諸多優(yōu)點,，目前在汽車
衡上使用的比較多，但是其缺點也不能回避,。針對柱式
稱重傳感器的抗側(cè)向和偏載能力較差的問題,，一些公司
的產(chǎn)品樣本上專門推薦了“不影響計量性能"的偏載角度
而一臺長度 18m 的承載器，當使用地點一年內(nèi)的環(huán)境溫度
變化在 60℃范圍內(nèi)時,，按照金屬的線膨脹系數(shù),，長度變化為：
( ) -6 11.3 10 50 - -10 18000 12.2 ×× × = ℃ ℃ ? ? ? ?
在實際應用中，由于承載器都是由多段組成的,，可能承載
器的變化沒有如此大,，但這起碼給設(shè)計者一個參考依據(jù)，對于
設(shè)計時應該考慮的承載器長度尺寸,，不要因為溫度變化,，使承
圖 2
載器長度變化超出稱重傳感器裝置單位給出的允許位移量,，從而影響產(chǎn)品的計量性能,。
還出現(xiàn)一種情況，就是稱重傳感器在使用時會不斷微量旋轉(zhuǎn),，甚至會將電纜線拉斷,。為什么在
汽車衡上安裝的柱式稱重傳感器會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象？在自動軌道衡上使用的歷史比較長了,，而安裝現(xiàn)
場很少出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,？這是因為自動軌道衡的承載器一般長度只有 3.7m～4m,，其限位采用的是張
拉式結(jié)構(gòu)，使得承載器在水平狀態(tài)基本處于不移動狀態(tài),，同時保證又不影響垂直力的作用,。而汽車
衡的承載器長度比較大，采用的限位裝置是水平狀態(tài)下允許承載器有一定的位移,，這樣稱重傳感器
也可能隨之晃動,。也就是在這種不斷的晃動中，電纜線就不斷被纏繞到稱重傳感器上,，直至被拉斷,。
第三個就是偏載分力的問題，為什么使用柱式稱重傳感器的汽車衡其段差（即是：偏載誤差）
比較大,？這里固然與承載器的加工帶來的“邊界條件"影響有關(guān),，但是從理論角度分析，由于熱脹冷
縮影響使承載器兩端柱式稱重傳感器產(chǎn)生傾斜度大,，從而帶來偏載分力,，稱量量值越大造成的偏載
誤差就越大。同時,，這個分力還與稱重傳感器的高度有關(guān),，高度大的稱重傳感器相對影響量就小一
些，高度低的相對影響量就大一些,。
2．橋式稱重傳感器（如圖 3）
優(yōu)點：對加載點變化不敏感,、抗偏載性能好、
固有線性好,、安裝方便,、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)、
制造成本低,。
缺點：重心較高,、過載能力較差，大秤量的稱
重傳感器難以達到高的準確度等級,。
采用橋式稱重傳感器的長承載器衡器,，在使用
過程中其球狀壓頭隨著承載器長度變化，壓頭也在
彈性體的球窩內(nèi)沿長度方向滾動,，使作用力加載方
圖 3
— 2 —向偏移,，從而產(chǎn)生偏載。雖然此類稱重傳感器的抗偏載性能比較好,，但是位移量較大時也會影響一
定的計量性能,。為此筆者在 1991 年針對數(shù)字指示軌道衡產(chǎn)品承載器比較長的狀況，考慮多只稱重
傳感器受熱脹冷縮的影響因素，申請了一個實用新型的（如圖 4）,，將稱重傳感器上壓頭設(shè)計成
兩種形式,，一種是保留了原設(shè)計的球面形狀，用于中間
四只稱重傳感器,，起到定位作用,；一種是按照球面的zui
高點設(shè)計成平面形狀，用于端部的稱重傳感器,，不論熱
脹冷縮時承載器的長度如何變化,，可以保證其承載器上
的作用力總是垂直作用于稱重傳感器上?！境兄谱鳌?nbsp;
3．雙剪切梁吊環(huán)稱重傳感器（如圖 5）
優(yōu)點：抗偏載性能好,、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)。
缺點：結(jié)構(gòu)復雜,、安裝麻煩,、制造成本高、過載能
力差,、占用空間大,，此類產(chǎn)品也不宜制造大秤量結(jié)構(gòu)。
這種形式的稱重傳感器在使用中,，與以前機械杠桿
秤的吊環(huán)繞刀子擺動結(jié)構(gòu)一樣,，作用點總是繞著稱重傳
感器擺動，始終將作用力垂直作用在稱重傳感器上,，既
是承載器熱脹冷縮的尺寸變化較大也不會影響計量性
能,。這種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點是作用力總是在稱重傳感器下
面，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。所以美國在大型衡器上
普遍采用此類稱重傳感器,，以下所選用的圖 5 就是在一
臺大型衡器上截取的。
4．軸對稱扭環(huán)型稱重傳感器（如圖 6）
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊,、體積小,、高度低、重量輕,、固有線性好,、準確度高、受載后底環(huán)無變形或變
形很小幾乎沒有滯后,、對于偏心載荷和側(cè)向載荷不敏感,、輸入輸出阻抗大、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn),。
缺點：安裝稍復雜,、附件的制造成本較高。
正是由于此類產(chǎn)品的阻抗大,，所以輸出信號大,、功耗比較小，在歐洲多個國家習慣選用這種稱
重傳感器做汽車衡等大型衡器,。筆者所見到多家公司在一臺混凝土結(jié)構(gòu)的汽車衡上,，只使用四只此
類稱重傳感器支撐一個 18m長、重 42t 的鋼筋混凝土承載器,。如果使用于有沖擊載荷的環(huán)境下時,，
選用的上壓頭可以是專門制作的有緩沖層的結(jié)構(gòu)；如果使用于熱脹冷縮較大的承載器時,，可以將壓
頭的高度設(shè)計的高一些,，如圖 7。
5．輪輻式稱重傳感器（如圖 8）
優(yōu)點：抗偏載性和側(cè)向載荷能力強,、過載能力強,、不受加載點和支撐邊界影響、應力發(fā)布均勻,、
線性好,、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)。
缺點：機械加工難度大,、制造成本較高,、固有滯后大且不易控制。
此類稱重傳感器在我國 80 年代初中期,，被大量使用于汽車衡類的大型衡器上,，但是由于其本
身存在的機械加工問題和滯后誤差等，被后來的懸臂梁稱重傳感器和橋式稱重傳感器所替代,。
三,、結(jié)論
從以上五類稱重傳感器結(jié)構(gòu)可以清楚看出，只有柱式稱重傳感器彈性體在使用中是隨著承載器
的晃動而移動的,，即在安裝時垂直的稱重傳感器柱體,，由于承載器長度熱脹冷縮變化，稱重傳感器
的柱體產(chǎn)生了偏移,，也就使作用力產(chǎn)生了分力,，從而稱重傳感器出現(xiàn)稱量誤差。而其他四類稱重傳
感器由于彈性體是固定的,，當熱脹冷縮影響承載器長度變化和承載器晃動,，僅僅是其壓頭產(chǎn)生了偏
移，作為傳遞作用力的彈性體是不會隨承載器的變化而移動,，使得在稱重傳感器上的作用力還能垂
直傳遞,，對汽車衡稱量性能的影響比較小；同時,，由于彈性體不是隨承載器晃動,，彈性體也不會產(chǎn)
生旋轉(zhuǎn)，電纜線就不會纏繞彈性體,。
上海楚承電子科技有限公司
2015.5.4