關(guān)于衡器測量的一些基本知識分享

衡器在使用時由于使用目的不同，設(shè)計者可使用單只和多只傳感器來達到要求,。根據(jù)稱重的基本原理，實際上絕大多數(shù)衡器稱重是通過使用一只和四只傳感器來完成的,。

計價電子秤是使用單只傳感器稱重廣泛且用量較多的稱重計量器具,。這種小量程衡器所使用的傳感器，基本上都是雙孔平行梁式傳感器,，這種傳感器的特點是,，無論載荷安置在秤臺的任何位置，其稱重結(jié)果均相同,。另外,，重復(fù)稱重均相同是對衡器的基本的要求。

除了計價秤以外,，在很多場合都有使用單只傳感器的衡器,，特別是單點式傳感器出現(xiàn)后，在很多較大量程稱重的衡器上得到廣泛運用,。除了在傳統(tǒng)的非自動稱重方面外,，在單托輥皮帶秤，軸稱重汽車衡方面也得到有效的使用,。

單只傳感器用于稱重的衡器特殊的運用是吊秤,，從稱重物理原理來講這是簡單、直接的稱重方法,。如果被稱物處于理想的“靜態(tài)",，稱重時就不存在其他的干擾因素，傳感器的受力就應(yīng)當(dāng)是被稱物的重量,，但是吊秤是衡器影響稱重結(jié)果,、干擾因素較多、較復(fù)雜,，也是較難控制的衡器,。

吊秤使用時，先通過繩索或直接掛在橫梁或頂上,，再用繩索吊掛被稱物體,。在實際稱重時，被稱物不僅會在相對固定點上擺動,、旋轉(zhuǎn),，而且還會轉(zhuǎn)動，這些運動均會產(chǎn)生附加的干擾力,。例如,，由于擺動不僅產(chǎn)生了離心力、傾斜力,，而且這些力不僅僅與吊掛繩的長度,、固定吊掛點的強度,、起吊時的擺幅有關(guān)，還與被稱物體的慣性距等因素有關(guān),，因此無法制定“標(biāo)準(zhǔn)"的工作狀態(tài),。因為這些干擾因素不可能得到可供計算的數(shù)學(xué)模型，所以也不太可能進行修正,，其結(jié)果是無法制定出有效檢定方法,。通常只能通過懸掛砝碼，在主觀認(rèn)為相對靜止的狀態(tài)下進行“量值校準(zhǔn)",，所以用吊秤來稱重時,，我認(rèn)為其誤差在10% 就不錯了。

使用兩只傳感器稱重的裝置不是很多,，但它具有一個特點,，即在實際運用中運用得當(dāng)?shù)脑挄〉煤芎玫男Ч蓚€稱重支點的結(jié)構(gòu),，無論被稱物體處于兩個支點之間的任何位置時,，兩個支點的受力值之和始終等于被稱物體的重量，即與被稱物重心的位置無關(guān),。我曾利用這一特點設(shè)計和制作過稱豬的秤,，豬在承載器（欄）中十分的不安定，位置變化很大,，在使用了兩個支撐點傳感器后,，稱豬重量的準(zhǔn)確度大幅度提高。所以可以看出：使用了兩個支撐稱重的優(yōu)點是,，只要限位器設(shè)計和調(diào)整合理,，就可以明顯提高稱重的準(zhǔn)確度。

三個支撐點的稱重裝置,，也同樣具有稱重結(jié)果與被稱物體重心無關(guān)的特點,。但現(xiàn)在除了在存儲罐的稱重使用外，已經(jīng)很少見到使用三個支撐點結(jié)構(gòu)的衡器,。我認(rèn)為其主要原因還是,，在實際運用時，除被稱物的重心很容易偏離支撐點之外,，且三個支點的穩(wěn)定性要比四個支點的衡器穩(wěn)定性差。

俗話說“四平八穩(wěn)",，這個詞匯用在衡器上尤為貼切,。因此四個支撐點的稱重裝置或衡器在現(xiàn)實中得到了廣泛應(yīng)用。然而人們在使用四個支撐點稱重時往往存在一個習(xí)慣性的誤區(qū),，即認(rèn)為被稱物體的重量就等于四個支撐點受力之和,。而實際上四個支撐點系統(tǒng)是一個靜態(tài)不定力矩的平衡系統(tǒng),。即使準(zhǔn)確知道四個支撐點的準(zhǔn)確坐標(biāo)位置、載荷的準(zhǔn)確坐標(biāo)位置,，也無法求得四個支撐點受力的準(zhǔn)確值,。因為在計算這類衡器的準(zhǔn)確度上，我們往往忽略了一個技術(shù)指標(biāo),，即偏載的允差,。偏載的允差是確定載荷處于承載器不同位置時測量示值的誤差，它是由衡器力矩平衡的本質(zhì)決定的,。由于習(xí)慣,，很多人會把四個傳感器構(gòu)成的衡器誤認(rèn)為傳感器所受力值相加一定等于載荷的重量。

從物理角度講,，除吊秤外其余所有衡器的測量都是建立在力矩平衡的原理上,，而不是力值的平衡上。

四支承載器在動態(tài)的稱重中也得到了廣泛使用,，動態(tài)汽車衡,、動態(tài)軌道衡、皮帶秤,、檢驗秤的稱重裝置都是四個支撐點稱重結(jié)構(gòu)的衡器,。對制造以上各種衡器的稱重裝置而言，需要稱重臺設(shè)計合理,，限位器的設(shè)計,、安裝正確，使其能保證加載的正確性,。廠家所設(shè)計的衡器在生產(chǎn)的一致性上通常保證靜態(tài)測量精度（即使用時的不確定度）為0.1%,，應(yīng)當(dāng)是沒有太大問題。但為什么在現(xiàn)場安裝檢定時同類產(chǎn)品的結(jié)果會有明顯的差異呢,？其實這不是衡器本身的問題,，而是被測物體在動態(tài)測量中受環(huán)境條件的影響而產(chǎn)生不同測量結(jié)果的根本因素。

例如,，軌道衡兩端引軌的平直性,，還受過渡器等的影響。車輛掛鉤間的相互作用力,、車輛的自振頻率,、載荷的大小，也都能直接影響測量的后面結(jié)果,。

對于動態(tài)汽車衡,，特別是輪軸式動態(tài)汽車衡，除了衡器兩端引道的平直性外,，即使是同一車輛,，在載荷不變的情況下,，車輛、車輪氣壓的不同,，也會明顯影響測量結(jié)果,。這是因為車輪氣壓不同，導(dǎo)致車輪與軸計量衡的接觸面積發(fā)生明顯的變化,，而且還會導(dǎo)致車輛的自振頻率的改變,。影響皮帶秤的因素就更加明顯了，皮帶效應(yīng)是決定皮帶秤測量不確定性的根本因素,。

事實上,，對于衡器而言，只要設(shè)計合理,，衡器的稱重部分的一致性就可以做得很好,，使得測量儀器的測量精度也能滿足要求，并對測量信號的處理和修正也具有相應(yīng)的保障作用,。即便如此,，被測物體本身和環(huán)境的不可控因素才是影響測量結(jié)果的根本因素。除上面的例子外,，如非自動積累秤,，當(dāng)物品放料到稱重斗時，所引起的稱重斗周邊的氣壓擾動的干擾,，以及定量包裝秤中被包裝物體的包裝難易程度,，均為影響測量結(jié)果的根本因素。

綜上所述,，改善衡器（特別是動態(tài)衡器影響測量結(jié)果）的環(huán)境條件,，往往是事半功倍取得良好測量結(jié)果的重要舉措。例如設(shè)計合理,、有效的裝料裝置,，保證投料的均勻性和穩(wěn)定性；加強皮帶秤和送料皮帶裝置的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,、可靠性,；以及降低電測裝置的漂移等，都是有效提高皮帶秤的可靠性,、穩(wěn)定性和測量精度的具體措施,。

吊秤和動態(tài)軸汽車衡是兩個難以確定測量誤差的衡器，因為對它們的“校驗"往往與實際測量時的狀態(tài)相差很大,。例如吊秤所使用的傳感器,，只能在靜態(tài)下校準(zhǔn)，能夠給出偏載和傾斜加載的范圍就很不易了。所以當(dāng)衡器在擺動,、旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動的受力條件下,，即使有號稱“萬能接頭"的連接器,，也無法正確得出在這些干擾條件下受力與電信號輸出的相應(yīng)值，也就無法用懸掛砝碼和可溯源的標(biāo)準(zhǔn)物來對吊秤進行“校準(zhǔn)",。這也就是為什么至今沒有制定出對吊秤的檢定的方法和國際建議的原因,。

動態(tài)軸計量汽車衡的穩(wěn)測量對象可能是多種多樣的載重車輛。如前所說,，即使同一個車輛在相同加載情況下,，由于車輪壓力不同，或由于與承載臺面的接觸面積的差異,，自振頻率的改變,，使得測量結(jié)果有明顯的差異。而在“校驗"中提出用“剛性"兩軸車輛作為標(biāo)準(zhǔn)器進行“校準(zhǔn)",，其測量結(jié)果存在很多不可確定的因素,，原因在于，首先如何評定“剛性"就是沒有“標(biāo)準(zhǔn)"的,，其次兩輪軸車輛與實際要測量的各種各樣的車輛在結(jié)構(gòu)上的差異很大,，這些差異對測量結(jié)果有多大影響，也是沒有結(jié)論的,。例如在對大型拖車進行測量時,，操作者無法判斷拖車與掛車之間，以及車輛各輪軸在測量時有無相關(guān)性（聯(lián)系）,。

中國是汽車衡使用較多的國家,，但在這方面的基礎(chǔ)研究還比較差。完整,、可靠,、可信的測量和“檢定"數(shù)據(jù)也不完善。這些都對我們?nèi)绾握_運用軸汽車衡帶來了負面影響,。另一方面從管理層面上考量,，由于車輛超載的管理問題，也是行政方面始終沒法解決的難題,，所以從研究方面上看,，實際上廠家和有關(guān)部門有很多相關(guān)工作可深入探討，也是我們實現(xiàn)衡器強國的挑戰(zhàn)機會與動力,。

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