【摘要（yào）】 本文（wén）講述幾點在衡器設計、製造、使用中常遇（yù）到（dào）， 但又往往被忽略或概念不清而造成（chéng）的問題和困難。希望大家（jiā）能重視這些基礎性問題，並加強對（duì）衡（héng）器基本理論的研（yán）究。

【關（guān）鍵字】 力（lì）矩平衡、靜不定、限位、動態稱重、國際建議

在實際稱重技術工作中，會發現由於違反了稱重技術的基本概念， 導致研（yán）製產品的失敗（bài）和無法（fǎ）解決或不能理解（jiě）工作（zuò）中遇到的問題（tí）。遺憾 的是往往一些衡（héng）器工作者不重視這些概念性的基本問題，特別是現在（zài） 由於計（jì）算機技術的迅速發展，很多人企圖通過計算機技術來解（jiě）決由於（yú） 違反基本原理所帶來的（de）困難，而實際上這是徒勞無益的。本文（wén）試圖對 一些基（jī）本概念做簡要講述供大家參考、討（tǎo）論。

一（yī）、力矩平衡、靜不定係統 

重力（lì）式（shì）稱重係統和常用的衡器。除了吊秤等少數（shù）衡器（qì），被測物的重力與用來測力的器件，如傳感（gǎn）器，它們的力互為平行力，而不是共點力，因此測力的數學方程是建立於（yú）力矩平衡的基礎（chǔ）上。由於習慣的（de）“直觀”思維，例如對汽車衡之類的衡器（qì），會直接把四隻傳感器測出力相加，就等（děng）於被稱物的重量。這（zhè）種習（xí）慣性的結果（guǒ），就是在實際（jì）校準汽車衡時，不按規定調整偏載，甚至不調偏載，其結果（guǒ）是同樣重量（liàng）的物體，當處於承載器的不同位置，顯示結果會有（yǒu）明顯的差異，且示值超差。這種現象在調偏時，在四角放置檢定磚碼，通常均會發生（shēng）。這是為什麽呢？因為此時的汽車（chē）衡是靜不定係統。眾所周知，超過三個以上支承測力點的係（xì）統，均為（wéi）靜不定係統，例如汽車衡（héng），此時有（yǒu）四（sì）個支承傳（chuán）感器（qì），而隻能得到三個平衡方程，因此無（wú）法求得四（sì）個稱重點受（shòu）力的大小，即此時四支傳感器的力值相加的（de）合力大小，並不等於被稱物的重力。

二、型式批準與檢定 

衡器是屬（shǔ）於強製性管理的（de）計量器（qì）具。對於新（xīn）型產（chǎn）品和廠家（jiā）初次生產的產（chǎn）品，必須經過法製計量部門對產品（pǐn）進行型式批準，通（tōng）過後才能（néng）投（tóu）產。對於新型產品，需對其（qí）衡器的原理、結構甚至某些特（tè）殊要求的材料進（jìn）行審定。第（dì）二（èr）對是否有合理、可行的檢驗方法，並製定出（chū）試驗文件才能進行型式（shì）批（pī）準。對於廠（chǎng）家初次生（shēng）產已有的衡器，則隻需要按（àn）照已有規程進（jìn）行型式（shì）批準。由於我國廠家所生產的衡器，幾乎都是已有的（de）衡（héng）器，往往有的廠家（jiā）在所生產的衡器增加與（yǔ）原產品不同的可能影響稱重結（jié）果的部件，我們卻沒有對這些新加部分進行審（shěn）定。而在國外對新型衡器的型式批準很嚴格，例如在德（dé）國（guó）早在 1775 年左右就有了（le）

定型的傾斜杠杆秤，但直到 1876 年才通過型式批準正式使用。由於計量法規的製約（yuē），影響了（le）傾斜扛杆秤在德國（guó）的發展（zhǎn）。另外應變式稱重傳感器的電子秤，直（zhí）到傳感器的不確定度小於千分之一時，在 1966 年才獲得型式批準。型式批準的目的，隻（zhī）在於確（què）認（rèn）一種新型衡器在原理、結構型（xíng）式是（shì）合理（lǐ）的，對初（chū）次生產某種衡器（qì）的廠（chǎng）家還應確認它有生產這（zhè）種衡器的（de）能力才能投產。

為了保證計量器具在足夠長的時間內（nèi）（測量的穩定性），都可期望得到正確的測量結果（測量的正（zhèng）確性），這在計量法中被稱為測量的確定性。為了保證計量器具的特性，需強製（zhì）對使用的衡器進行檢定。檢定包（bāo）括檢定和隨後檢（jiǎn）定。檢（jiǎn）定的（de）目（mù）的在於使計量器具得到法定計量部門的認可、準許（xǔ）使用。確認該衡器是否是型式批準型式的複製件，並可以審查該衡器是否安裝和使用正確，具（jù）有法（fǎ）規所規定的功能。隨後檢定，旨在查明計量器具上次檢定經過一段時間使用後，其精度和性（xìng）能能否還維持原法規（guī）的要求。計量部門在統計（jì）某種衡器（qì）隨（suí）後檢定數據，可以判斷對該類衡器的檢定周期是否規定合理，並可（kě）對廠家的衡器性能進行（háng）評定後提出改進意見（jiàn）。

 為了防止水平力的限位裝置有兩種不同的形式（shì）：

約束（Constrainers）：約束（shù）是（shì）使用強製的手段消除水平力（lì），不允許在約（yuē）束方向，稱（chēng）重結構、承載器傳感器之間有運動。在整個稱重過程中都起作用（yòng）。

製動（限位）（stop）：起製動作用的限位裝置，在稱重過程中當承載器、稱重機構受到（dào）外界幹擾力、衝擊力等（děng）的影響，使其發生位移，破壞了原來的稱重狀態。限位器的作用在於使橫向位移限製在可控內，當外界擾動消失時， 衡器或稱重裝置能恢複到原來的稱重狀態。為了避免在外力作用時， 衝（chōng）擊（jī）力過大（dà）造成稱重結構的損傷甚至損壞。所以對限位器的“間隙” 調節是很臨界的。

對於傳感器的“限位”部件，通過包括球形（xíng）壓頭、擺（bǎi）動支座、自動定位滾珠支承座，橡（xiàng）皮支件等。組件、馬鞍形和鏈環等均屬於限位和自複位限件部件。

碰撞螺栓限位，在我國幾乎（hū）是所有汽車衡使用的限位裝（zhuāng）置（zhì）。但這類限位存在的碰撞間隙，在運動期間存在壓（yā）頭造（zào）成變形和損壞（huài）。若間隙調得過小，在夏（xià）天往往使秤台與基礎接觸（chù）造成力的分流甚至卡死， 引起測量誤差。有的生產廠家，把碰撞型限位用（yòng）於動態汽車衡更是非常不合理。除了此（cǐ）種簡易的限位結構，碰撞型還有不同的結構。SCHENCK 公司曾介紹過其它的碰撞型（xíng）限位器。

約束型限位（wèi）器，通過使用拉杆限位。這是一種兩端被（bèi）固定（箝位）的梁式蹺曲板和（hé）園柱形杆（gǎn）的普遍的（de）約束件。更為複雜的這（zhè）類限位（wèi）器（qì） 在（zài）兩個固定端使用滾珠軸（zhóu）承或萬向軸承或限位兩端（duān）使（shǐ）用球麵柱結（jié）構 的（de）更為複雜的約束（shù）限位。約束限（xiàn）位（wèi）往往由於使用（yòng）不當，反而引入明顯 的幹擾力。甚至有人認為，兩端固定的所謂（wèi）剛性箝位拉杆約束限位是 差（chà）的限位方式。這主要原因（yīn）是使用者（zhě）調節不得要領所（suǒ）至。這類約束 限位器要求非常的調節，才能避免垂直幹擾（rǎo）力。即（jí）要求固定兩（liǎng）端 要保持在同一水平。拉杆之間不能有間隙，否（fǒu）則在（zài）受到衝擊會造 成秤體的形變，以至損壞。第二要注意，不是隨便用一根（gēn）杆就可 達到好的限位效（xiào）果。我們需要計（jì）算拉杆（gǎn）允許的垂直剛度（dù）和合適的蹺度， 下麵給出（chū）一（yī）組推薦的數值。

拉杆（gǎn）長度 450mm

計算的原則要求在（zài）水平方向非常硬，有足夠的剛度，在垂直方向相當柔軟，拉（lā）杆彎曲不產生附（fù）加力（lì）。為了保證拉杆的（de）準直在兩固定端應使用球形環狀墊圈。

阻尼簡單彈性係統。該係統的運動方程式（shì）為：

           m    + c    + kx = 0

           上式可改寫為：

式中

           S＝e/2 ω0 =    

S 為無量的量，稱為粘性（xìng）阻尼因子，在 S＜1 的情況下，上（shàng）述稱

重係統（tǒng）的解為（wéi）：

      (t) = Ae^-Sω0t Sin(         ω₀t+φ)

X(t)為一振幅按指數 Ae-^SωOt  衰減的其周期為 T_d 逐漸衰（shuāi）減的正弦（xián）

振動。其周期為：

            T =  T

             d 0

注意到 1/ ＞ ，故周期T_d 大於T₀

當這樣的係統在瞬時（shí）加載時，要經過一定時間才能達到“靜平衡點”。達（dá）到“靜平衡點”的時間稱為“調定時間”通常（cháng）用下式來計算“調定時（shí）間”t_s。

t = Log    

s e

其中 E 是係統達到平衡點的“預定速率”，它的數值與達到“靜平衡點”的精度有關。它（tā）越小、在 t_s 時間達到終“靜平衡點”的時間越小。

調定時間t_s 與（yǔ）固有頻率 ω₀ 成反比。所以（yǐ）為縮短調定時間 t_s，就（jiù）需要增大K 值（zhí）或減少m 值。然（rán）而靜平衡位置（zhì）都會隨（suí）著（zhe） K 值的增大而變小，從而使秤的靈敏度減（jiǎn）小。另一方麵，秤的剛性通常會隨著 m 值（zhí）的減少而降（jiàng）低，從而使（shǐ）秤（chèng）的準確（què）度也隨之降低。鑒於上述因素、固有頻率 ω_o 在衡器的設計（jì）中是非常重要的。我們早年為（wéi）上鋼五廠設計的軌道衡，秤台的（de）固有頻率為60HZ 左（zuǒ）右，前置濾波器（qì）的下限頻為10HZ， 以適應 10km/h 下的機車動態稱重。