地磅是衡器應(yīng)用中最為廣泛的產(chǎn)品之一，是大宗物料稱重計(jì)量和貿(mào) 易結(jié)算的主要計(jì)量設(shè)備，具有準(zhǔn)確、方便、快捷的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、電 力、糧食等各行各業(yè)。應(yīng)用在地磅中的稱重傳感器是核心部件，世界各國(guó)都有各自的 產(chǎn)品應(yīng)用特點(diǎn)。本文的目的在于通過探討各國(guó)稱重傳感器在地磅中的應(yīng)用情況，以便 讓讀者了解和掌握目前的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向。

一、前言

在我國(guó)，地磅是衡器應(yīng)用中最為廣泛 的產(chǎn)品之一，是大宗物料稱重計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算的 主要計(jì)量設(shè)備，具有準(zhǔn)確、方便、快捷的特點(diǎn)。 廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、電力、糧食等各 行各業(yè)。

地磅主要由承載器、稱重顯示儀表 下簡(jiǎn)稱儀表、稱重傳感器下簡(jiǎn)稱傳感韓、連 接件、限位裝置及接線盒等零部件組成，還可以 選配打印大屏幕顯示器、計(jì)算機(jī)和穩(wěn)壓電源等外 部設(shè)備。地磅的工作原理：被稱重物或載 重汽車置于承載器臺(tái)面上，在重力作用下，通過 承載器將重力傳遞至稱重傳感器，使稱重傳感器 彈性體產(chǎn)生變形，貼附于彈性體上的應(yīng)變計(jì)橋路 失去平衡，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號(hào)， 經(jīng)線性放大器將信號(hào)放大；再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)，由儀表的微處理機(jī)CP!)對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行 處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)。配置打印機(jī)后，即可 打印記錄稱重?cái)?shù)據(jù)，前提條件是配置計(jì)算機(jī)可將 計(jì)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理。

稱重傳感器是將力學(xué)量值轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的轉(zhuǎn) 換元件，能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比 例轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，其被稱為電子衡器中 的心臟部件。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感 器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著 微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度的不 斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必 需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重 量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合 分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢 測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器,地磅也不例外。稱重傳感器依據(jù)轉(zhuǎn)換方式 分為：光電式、液壓式、電磁力式、電容式、電 阻應(yīng)變式等8大類，電阻應(yīng)變式稱重傳感器應(yīng)用 最為廣泛，目前的電子汽車衡均采用電阻應(yīng)變轉(zhuǎn) 換方式。

電子汽車衡一般按照稱量方式、安裝方式、 傳輸信號(hào)、使用環(huán)境、秤臺(tái)結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化程度等 進(jìn)行分類。本文主要針對(duì)靜態(tài)地磅而言,有關(guān)動(dòng)態(tài)汽車衡又稱動(dòng)態(tài)車輛自動(dòng)衡韓中的 稱重板、軸重儀不做闡述。

二、我國(guó)地磅使用的各類稱重傳感器 電子汽車衡所使用的稱重傳感器一般分為剪切梁、雙剪切梁、柱式等三種結(jié)構(gòu)。至于輪輻、 扭環(huán)等結(jié)構(gòu)的傳感器在我國(guó)地磅使用很少。 這里就著重從三個(gè)常用結(jié)構(gòu)來談。

1.剪切梁結(jié)構(gòu)圖1、圖2、圖3

在我國(guó)現(xiàn)有的地磅使用中，剪切梁傳 感器的使用占有了一定的比例。主要是應(yīng)用在一 些低量程段的地磅上。以5t和8t兩個(gè)量程 最為典型，一般使用在最大秤量為10t和20t的地磅。該產(chǎn)品以梅特勒-托利多公司的最為 典型，其優(yōu)點(diǎn)在于偏心載荷的影響小，可以承受 大的側(cè)向力，剛性好，安裝高度低。但對(duì)于大量 程的該產(chǎn)品來講，安裝以及更換維護(hù)的難度較高。 例如：20t剪切梁傳感器固定螺栓的緊固力矩要達(dá) 到1200- 1500N*m,不是每一個(gè)使用者手頭都有適 用的扭力扳手，即使有的話，安裝空間和安裝條 件也使其在大扭力作用下很難操作。據(jù)查閱，托 利多公司早期提供的樣本資料中，該結(jié)構(gòu)稱重傳 感器的最大量程在50t。目前，托利多公司所制造 的秤體上安裝20t剪切梁傳感器還比較多見。由于 地磅量程的不斷增大，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用在 最大秤量30t以上的地磅中非常少見。

2.雙剪切梁結(jié)構(gòu)

雙剪切梁稱重傳感器俗稱橋式稱重傳感器， 在我國(guó)地磅中應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)不但是 橋式傳感器的使用大國(guó)，也是橋式傳感器的制造大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)橋式傳感器的年產(chǎn)量至 少在100萬支以上。在我國(guó)應(yīng)用最多最廣泛的橋 式傳感器為圖4所示產(chǎn)品，它源于日本久保田公 司。目前大多知名制造商都有該產(chǎn)品，例如國(guó)外 的梅特勒托利多、VISHAY,國(guó)內(nèi)的中航電測(cè)、濟(jì) 南金鐘、柯力等都在制造和銷售。但由于激烈的 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，大多企業(yè)先后在該產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行 了改進(jìn)，主要目的在于降低成本。產(chǎn)品計(jì)量性能 指標(biāo)基本上與常規(guī)橋式稱重傳感器相當(dāng)或甚至略 差一些。如圖5中的小橋式傳感器，它的改變?cè)?/span> 于縮小了傳感器的幾何尺寸，取消了端部傳感器 與底座的連接螺栓，采用了一體化結(jié)構(gòu)。如圖6 中的帶滾針橋式傳感器，它的改變也是縮小了相 關(guān)幾何尺寸，通過滾針結(jié)構(gòu)降低產(chǎn)品的安裝高度, 進(jìn)而縮減了底座的加工成本。如圖7所示的帶軸 銷橋式傳感器，它的改變?cè)谟趦啥说穆菟ㄟB接改 為銷子，安裝高度降低，但底座的強(qiáng)度有嚴(yán)格要 求，且不易于做高量程的產(chǎn)品。據(jù)筆者查閱和了 解，該結(jié)構(gòu)在韓國(guó)的地磅應(yīng)用中較普遍。 如圖8所示的圓形橋式傳感器，圖8產(chǎn)品與圖5 類似，只是外形上稍作改動(dòng)。曾在2006年韓國(guó)客 商將該圖發(fā)給筆者，但到2010年國(guó)內(nèi)竟有廠家說 是自己的專利。

值得一提的是，無論上述橋式產(chǎn)品如何改進(jìn) 或改型，但對(duì)于量程在40噸及以上的傳感器還是 采用兩端各用兩個(gè)螺栓將彈性體固定在底座上的 傳統(tǒng)橋式結(jié)構(gòu)，據(jù)了解，在我國(guó)該結(jié)構(gòu)的首創(chuàng)者 為航天部702所的劉九卿老師。傳統(tǒng)橋式傳感器 與改進(jìn)和改型后的橋式傳感器有各自的優(yōu)缺點(diǎn)， 孫登林老師在2010年的〈〈第九屆稱重技術(shù)研討會(huì) 論文集》中〈從橋式稱重傳感器的改進(jìn)創(chuàng)新看傳 感器行業(yè)配套發(fā)展問題》一文做了詳細(xì)的描述， 同時(shí)劉九卿老師的相關(guān)論文和專業(yè)培訓(xùn)內(nèi)容中也 進(jìn)行了詳細(xì)的分析，這里不做贅述。

3.柱式結(jié)構(gòu)

大型載重汽車的發(fā)展導(dǎo)致電子汽車衡的最大 秤量也不斷增大，100t以上的地磅是越來 越多，柱式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器正好迎合了這個(gè)需 求。該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的量程范圍比較大。柱式稱重傳 感器在地磅上的應(yīng)用以歐洲最為廣泛。我 國(guó)所使用和應(yīng)用的柱式結(jié)構(gòu)傳感器，都是在學(xué)習(xí) 和消化歐洲電子汽車衡技術(shù)中進(jìn)行的。相關(guān)內(nèi)容 在文章的下一節(jié)進(jìn)行描述。這兩年也有企業(yè)通過 改進(jìn)柱式產(chǎn)品尋求在我國(guó)電子汽車衡中的廣泛應(yīng) 用,他們將柱式頂部的凸弧面結(jié)構(gòu)改為凹弧面結(jié) 構(gòu)再通過類似于橋式產(chǎn)品采用鋼球結(jié)構(gòu)進(jìn)行力值 傳遞。從理論和實(shí)驗(yàn)角度分析是合理的，筆者個(gè) 人認(rèn)為考慮到秤臺(tái)的熱脹冷縮等實(shí)際應(yīng)用因素， 這并不十分合理。結(jié)合HBM公司C16A產(chǎn)品描述 中最大允許傾斜、最大允許側(cè)向偏載和回復(fù)力， 可以了解柱式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在應(yīng)用中應(yīng)該避免的問題。

筆者在2010年11月在南洋公司參觀時(shí)，聽 取了南洋公司開發(fā)的十字梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)品在地磅上中應(yīng)用的報(bào)告。該產(chǎn)品如圖9所示具有 安裝高度低，抗過載和抗側(cè)向力強(qiáng)，加之與其配 套的固定式三滾珠專用壓頭具有良好的復(fù)位和傳 力性能。雖說沒有經(jīng)過大量的市場(chǎng)考證，但從理論和實(shí)驗(yàn)角度上分析具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

三、其他國(guó)家地磅使用的稱重傳感器

全世界應(yīng)用在地磅上的稱重傳感器型 號(hào)是五花八門，從主流方向來講，還是具有一定 的地域特色。以我國(guó)為中心的韓國(guó)、日本、泰國(guó)、 越南等鄰邦，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與我國(guó)相似或相近。具體 來講就是近年來我國(guó)銷往周邊國(guó)家的常規(guī)橋式稱 重傳感器數(shù)量明顯增加。美國(guó)及其周邊市場(chǎng)以雙 剪切結(jié)構(gòu)的模塊化安裝為主。主要產(chǎn)品體現(xiàn)在圖 10中幾款傳感器。這一系列產(chǎn)品的量程范圍也比 較大，可查閱的相關(guān)資料中顯示為 5Klbs- 250Klbs。該產(chǎn)品在美國(guó)VISHAY公司和其 他幾家大的傳感器制造商或經(jīng)銷商的相關(guān)資料中 都可查閱到。我國(guó)是稱重傳感器的制造大國(guó)，這 幾款產(chǎn)品目前在我國(guó)的生產(chǎn)量也是相當(dāng)大，我國(guó) 的大多制造廠家為美國(guó)及相關(guān)國(guó)家的客戶提供 OEM和直接出口。但在我國(guó)地磅中的應(yīng)用 卻十分少見，就筆者所見到為數(shù)不多的少數(shù)用戶, 不是美資企業(yè)就是中美合資企業(yè)。圖10中所羅列 的傳感器和我國(guó)目前應(yīng)用在地磅上的產(chǎn)品 相比，制造成本和制造難度都相對(duì)較高，但從應(yīng) 用和計(jì)量角度來看具有一定的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

歐洲國(guó)家在地磅上所使用的傳感器為 柱式結(jié)構(gòu)，以德國(guó)為例，幾家稱重元件的制造企 業(yè)都沒有類似美式的雙剪切結(jié)構(gòu)，也沒有類似我國(guó)的橋式雙剪切結(jié)構(gòu)。它們的樣本資料中查閱不 到雙剪切結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，包括HBM、FLINTECH、 西門子、賽多利斯、申克等知名公司。實(shí)際上這 與歐洲電子衡器及稱重傳感器的發(fā)展歷程有一定 的關(guān)系。柱式傳感器所具有的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合模塊化的安裝模式，在歐洲的應(yīng)用非常成熟。就柱式產(chǎn) 品而言，雖說衍生出多個(gè)種類和型號(hào)，但還是以 托利多的GD, HBM的C16A,菲利普的Pr6201, 西門子的CC等最具有代表性。它們有著各自的技 術(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)，如圖11依次所示。

四、綜述

地磅在全世界的應(yīng)用都是非常廣泛的， 稱重傳感器作為它的核心部件，不同的地區(qū)選用 了不同的產(chǎn)品，文中所列舉的只是一種普遍應(yīng)用 狀況，比如輪輻等結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品也有應(yīng)用的案例。 結(jié)合承載器結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，各地區(qū)應(yīng)用在地磅中的稱重傳感器也趨于成熟，我國(guó)做為稱 重傳感器的制造大國(guó)，主宰著稱重傳感器在電子 衡器中的發(fā)展。近年來，我國(guó)很多制造企業(yè)都在 想方設(shè)法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí)，但最終的目的 卻是為了降低成本而參與激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。十字 梁傳感器的出現(xiàn)是對(duì)前者的突破，也可以認(rèn)為是 真正意義上的創(chuàng)新。事實(shí)對(duì)于一個(gè)價(jià)格已降到最 低而應(yīng)用成熟的產(chǎn)品來講，創(chuàng)新本身具有一定的 難度。所以筆者呼吁國(guó)內(nèi)稱重傳感器制造企業(yè)不 要只停留在對(duì)外形尺寸改變進(jìn)而縮減成本的進(jìn)行 改進(jìn)。必須遵循結(jié)構(gòu)上更加合理，應(yīng)用上更加方 便，成本上更加低廉來綜合考慮和分析，不能顧 此失彼。