有關衡器測量的（de）一些基本知識

      衡器在使（shǐ）用（yòng）時由於使用目的不同（tóng），設計者可使用單（dān）隻和多隻傳感器來達到要求（qiú）。根（gēn）據稱重的基本原理（lǐ），實際上絕大多數衡器稱重是通過使用一（yī）隻和四（sì）隻傳感器來完（wán）成（chéng）的。

      計價（jià）電子秤是使用單隻傳感器稱重廣（guǎng）泛且用量多的稱重計量器具（jù）。這種小量（liàng）程（chéng）衡器所使用的傳感器（qì），基本上都是雙孔平行梁式傳（chuán）感器，這種傳感器的特點是，無論載荷安（ān）置在秤台的位置，其稱重結果均相同（tóng）。另外，重複稱重均相（xiàng）同是對（duì）衡器的基本的要求。

      除了計價秤以外，在很多場（chǎng）合都有使用單隻傳感（gǎn）器的衡器，特別是單點式傳感器出現後，在很多較大量程稱重的衡器上得（dé）到（dào）廣泛運用。除了在傳統的非自動稱重（chóng）方麵外，在單托輥皮帶秤，軸稱重（chóng）汽車衡方麵也得到有效的使用。 

      單隻傳感器用於稱重的衡器特殊的運用是（shì）吊秤，從稱重物理原理來講這是簡單、直接的稱重方（fāng）法。如果被稱物處於理（lǐ）想的“靜態（tài）”，稱重時就不存（cún）在其他的幹擾因素，傳感器的受力（lì）就應當是被稱物的重量，但是吊秤是衡器影響稱重（chóng）結（jié）果、幹擾因素多、複雜，也是難（nán）控製的衡器。   

      吊秤使用時，先通（tōng）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（shí），被稱物（wù）不僅會在相對固定點（diǎn）上擺動、旋（xuán）轉，而且（qiě）還會轉動，這些運動（dòng）均會產生附加的幹擾力。例如，由於（yú）擺動不僅產生了離心力、傾斜力（lì），而（ér）且這些（xiē）力不僅僅（jǐn）與吊掛繩的長度（dù）、固（gù）定吊掛點的強度、起吊時的擺幅（fú）有（yǒu）關（guān），還與被稱物體的慣性距（jù）等因（yīn）素（sù）有關，因此無法製定“標準”的工作狀態。因為這些幹擾因素不可（kě）能得到可供計算的數學模型，所以也不太可能進行修正，其結果是無法製定出有效檢定方法。通常隻能通過懸掛砝碼，在主觀認為相對靜止的狀態下進行“量值校（xiào）準”，所以用吊秤（chèng）來稱重時，我認為其誤差在10% 就不錯了。

      使用兩（liǎng）隻（zhī）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（yòng）得當的話會取得很好的效果。兩個稱重支點的結構，無論（lùn）被稱物體處於兩（liǎng）個支點之間的位（wèi）置時，兩個支點的受力值之和始終等於被稱物體（tǐ）的重量，即與被稱物（wù）的位置無關。我曾利用（yòng）這一（yī）特點設計和製作過稱豬的秤，豬在承載器（欄）中十分（fèn）的（de）不安（ān）定，位（wèi）置變化（huà）很大，在（zài）使用（yòng）了兩（liǎng）個支撐點傳感器後，稱豬重量的準確度大幅度（dù）提高。所（suǒ）以（yǐ）可以看出：使用了兩個支撐稱重的優點是，隻要（yào）限位器設計和調整合理，就可以明顯提高稱重的準確度。

      三個支撐點的稱重裝置，也同樣具有稱重結果與（yǔ）被稱物體無關的特點。但（dàn）現在除了在存儲罐的稱重使用外（wài），已經很少見到使用三（sān）個支撐點結構的衡器。我認為（wéi）其主要原（yuán）因還是，在實際運用時，除被稱物的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定性差（chà）。

      俗話說“四平八穩”，這個詞匯用在衡器上尤為貼切。因此四個支撐點的（de）稱重裝置（zhì）或衡器（qì）在現實（shí）中得到了廣泛應用。然而人們在使用四個（gè）支（zhī）撐點稱重時往往存在一個（gè）習慣性的誤區，即認為被稱物體的重量就等於四個支撐點受力之（zhī）和。而實際上四（sì）個（gè）支撐點係統是一個（gè）靜態不定力矩的平衡係統。即（jí）使準確知道四（sì）個支撐點的準確坐標位置、載荷（hé）的準確坐標（biāo）位（wèi）置，也無法求得四個支（zhī）撐（chēng）點受力的準確值。因為在（zài）計算這類衡器的準確度上，我們（men）往往（wǎng）忽（hū）略了一個技術指標，即偏載的允差。偏（piān）載的（de）允差是確定載荷處於承載器不（bú）同位置時測量示值的誤差，它是由衡（héng）器力矩平衡的本質決定的。由於習慣，很多人（rén）會（huì）把四（sì）個傳感器構成的衡器誤認為傳感器所受力值相加一定等於（yú）載荷的重量。

     從物理角（jiǎo）度講，除吊秤外其餘所有衡器的測量都是建立在力矩平衡的原理上，而（ér）不是力值的平衡上（shàng）。

     四支（zhī）承載（zǎi）器在動態的稱重中（zhōng）也得（dé）到了廣泛使（shǐ）用，動態汽車衡、動態軌道衡、皮帶秤、檢驗秤的稱重裝置（zhì）都是四個支撐點稱重（chóng）結構的衡器。對製造以上各種衡器的稱重裝置而言，需（xū）要稱重台設計合理，限位器（qì）的設計、安裝正確，使其能保證加載的正確性。廠家所設計的衡器（qì）在生產的一（yī）致性（xìng）上通常（cháng）保證靜態測量精度（即使用時的不確定度）為0.1%，應（yīng）當是沒有太大問題。但為什麽在現場安（ān）裝檢定時同類產品的結果會（huì）有明顯（xiǎn）的差異呢？其實這不是衡器本（běn）身的問題，而是被測物體在動態測量中受環境（jìng）條件的影（yǐng）響（xiǎng）而產生不同測（cè）量結果（guǒ）的根本（běn）因素。

     例如，軌道衡兩端引軌的平直（zhí）性，還受過渡器等的影響（xiǎng）。車輛掛鉤間的相互作用力、車輛的自振頻率、載荷的大小，也（yě）都能直接影響測量的終結果（guǒ）。 

     對於動（dòng）態汽車衡，特別是輪軸式動態（tài）汽車衡（héng），除（chú）了衡器兩端引道的平直性外，即使是同一車輛（liàng），在載荷不變的情（qíng）況下，車（chē）輛、車輪氣壓的不同（tóng），也會明顯影響測量結果。這（zhè）是因（yīn）為車輪氣壓不同，導致車輪與軸計量衡的（de）接觸麵積發生明顯的變化，而且（qiě）還會導致車輛的自振頻率的改變。

     影響皮帶秤的因素（sù）就更（gèng）加明（míng）顯了，皮帶（dài）效應是決定皮帶秤測量不確（què）定性的根本因素。

     事實上，對（duì）於衡器而言，隻要設計（jì）合理，衡器的稱重部分的一致性就可以做得很好，使得測（cè）量儀器的測量精度也（yě）能滿（mǎn）足要（yào）求，並對測量信號的處理和修正也具有相（xiàng）應的保障作用。即便如此，被測物體本身和環境的不可控（kòng）因素才是影（yǐng）響測量結果的根本因素。除上麵（miàn）的（de）例子外，如非自動積累秤，當物品放料（liào）到稱重鬥時，所引起的稱重鬥周邊的氣壓擾動（dòng）的幹擾，以及定量包裝秤中被包裝物體（tǐ）的包裝難易程度，均為（wéi）影響測量結果的根本因素。

     綜上所述，改善衡器（qì）（特別是動態衡器影響測量結（jié）果）的（de）環境條件（jiàn），往往（wǎng）是事半功倍取得良好測量（liàng）結果的重要舉措。例如設計合（hé）理、有效的裝料裝置（zhì），保證投料的均勻性和穩定性；加強皮帶（dài）秤和送料（liào）皮帶裝（zhuāng）置的（de）結構（gòu）穩定性、可靠（kào）性；以及（jí）降低電測裝置的漂移等，都是有效（xiào）提高皮帶秤的可靠（kào）性、穩定性和測量（liàng）精度的具體措施（shī）。

     吊秤和動態軸汽車（chē）衡（héng）是兩（liǎng）個難以（yǐ）確定測量誤差的衡器，因為對它們（men）的“校驗”往（wǎng）往與實（shí）際測量（liàng）時的狀（zhuàng）態相差很大。例如吊秤（chèng）所使用的傳感器，隻能在靜態下校準，能夠（gòu）給（gěi）出偏載和傾斜加載的範圍就很不易了。所以當衡器在擺動、旋轉、轉動的受力（lì）條件（jiàn）下，即使有號稱“接頭”的連接器，也無法正（zhèng）確得出在這些幹擾（rǎo）條件下受（shòu）力與電信號（hào）輸出的相應值，也就無法（fǎ）用懸掛砝碼和（hé）可溯源的標準物來對吊秤進行“校準”。這也就是為什麽至今沒有製定出對吊秤的檢定的公認（rèn）方法和國際建議的原因。

     動（dòng）態軸計（jì）量汽車衡的穩（wěn）測（cè）量對（duì）象可能是多種（zhǒng）多樣的載重車輛。如前所說，即使（shǐ）同一個車輛（liàng）在相同加載情況下，由於車輪壓力不（bú）同，或由於（yú）與承載台麵的接觸麵積的差異，自振頻率的改（gǎi）變，使得測量（liàng）結果有明顯的差異。而在“校驗”中提（tí）出用“剛性” 兩軸車輛作為標準器（qì）進行“校準”，其（qí）測量結果存在很多不可確定（dìng）的因素，原因在於，首先如（rú）何評定（dìng）“剛性”就是沒有“標準”的（de），其次兩輪軸車輛與（yǔ）實際（jì）要測量的各種各樣的（de）車輛在結構上的差（chà）異（yì）很大，這些差異對測量結果有多大影響，也是沒有（yǒu）結論的（de）。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（shí）有無相關性（聯係（xì））。

     中國是汽車衡使用多的，但在這（zhè）方麵的基礎研究還比（bǐ）較差。完整、可（kě）靠、可信（xìn）的測量和“檢（jiǎn）定”數據也不完善。這些都對我們如何正確運用軸汽車衡帶來了負麵影響。另一方（fāng）麵從（cóng）管（guǎn）理（lǐ）層麵上考量，由於車（chē）輛超載的管理問題，也（yě）是行政方麵始終沒法解決（jué）的難題，所以從研究方（fāng）麵上看，實際上廠家和（hé）有關部門有很多相關工作可深入探討，也是我們實現衡器強國的挑（tiāo）戰機會與動（dòng）力。