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【摘 要】 稱重傳感器就是將衡器的承載力正確地測量、并完整地輸送到稱重儀表中去，如果在

設(shè)計過程中對稱重傳感器，特別是數(shù)字式稱重傳感器的一些基本參數(shù)；使用過程中不能全面考慮到

環(huán)境的溫度、濕度影響；在安裝過程中不能正確執(zhí)行工藝文件；就會直接影響到整臺衡器的計量性

能。

  

目前我們遇到一些電子汽車衡的質(zhì)量問題，雖然從直接現(xiàn)象看是承載器的問題，深究其原因是

一個稱重傳感器的選擇不當(dāng)問題。電子衡器的普及在我國已經(jīng)有二十多年的時間了，稱重傳感器的

選用看起來是一些非常普通的常識，而這些常識就影響了衡器的整體性能。為此，我在過去多年內(nèi)

根據(jù)個人在使用稱重傳感器的實踐中的體會，寫了“稱重傳感器準(zhǔn)確度比較”、“對稱重傳感器防護

要求的認(rèn)識”、“如何正確使用稱重傳感器”、“數(shù)字式稱重傳感器使用的注意事項”、“數(shù)字式電子衡

器之我見”等多篇有關(guān)文章，這次結(jié)合近年來多次參加培訓(xùn)班講課時學(xué)員的反映，將認(rèn)為容易出現(xiàn)

問題的和經(jīng)常發(fā)生的一些知識，和個人的一些新的體會，整理匯集在這里供大家參考。

一、熱脹冷縮影響

對于以前汽車衡承載器的長度在12~14m的情況下，承載器的熱脹冷縮不是一個突出的問題，

但是當(dāng)承載器的長度達(dá)到18m以上后，就成為一個不容忽視的問題了。固然對承載器限位裝置的設(shè)

計產(chǎn)生一個的影響，但是對如何選擇稱重傳感器產(chǎn)生的影響就更大。我們知道，由于稱重傳感器結(jié)

構(gòu)受力特點所確定，金屬的線膨脹系數(shù)：溫度范圍20～100℃（如果實際使用范圍為60℃時），碳

鋼10.6～12.2/10-6℃-1（選用11.4/10-6℃-1），對于一臺長18m的汽車衡來講，其變化應(yīng)為：

18000mm×60×11.4/10-6=12.312mm。

這樣就出現(xiàn)兩個問題：

一個是，承載器與兩端通道的間距問題；

一個是，稱重傳感器的抗偏載性能問題。

1、間距

這個間距不是承載器限位間隙，承載器的限位間隙是可調(diào)節(jié)的，而這里所講的這個間距是不可

調(diào)節(jié)的，是在制造基礎(chǔ)時就已經(jīng)固定的了。所以一定需要在制造基礎(chǔ)時，考慮到使用現(xiàn)場可能的溫

度范圍，及可能造成的熱脹冷縮承載器長度變化，兩端間距的總尺寸一定要大于熱脹冷縮的變形量。

2、稱重傳感器的抗偏載性能

目前電阻應(yīng)變式稱重傳感器的抗偏載性能排列次序為：

柱式→圓筒式→蝶式→平行梁式→懸臂梁式→橋式→輪輻式（當(dāng)然對于柱式雙膜片稱重傳感器

來講，比普通單膜片結(jié)構(gòu)要好一些；雙球面結(jié)構(gòu)的比單球面結(jié)構(gòu)的要好一些）。

這里必須注意以上只是從外形上辨別的，從結(jié)構(gòu)原理上的排列次序為：

柱式正應(yīng)力→梁式正應(yīng)力→單剪應(yīng)力→雙剪應(yīng)力。

從以上抗偏載性能的排列次序可以清楚地看出，在使用柱式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器時應(yīng)該注意熱脹

冷縮的問題，比如所選用的產(chǎn)品其規(guī)定的偏載角度是多少？是否能夠滿足稱量性能的要求？

有的制造企業(yè)在產(chǎn)品樣本上介紹，其生產(chǎn)的柱式稱重傳感器性能范圍在3°之內(nèi)能夠保證計量性

能，這是一種負(fù)責(zé)任企業(yè)的表現(xiàn)。但是，我不知他們是如何測試出來的，因為據(jù)我淺顯的知識所了

解，在帶一定斜度的工作臺上進(jìn)行稱重傳感器的測試是非常危險的。

二、最大秤量影響

1、靈敏度影響問題

（1）目前常用的稱重傳感器當(dāng)中，其靈敏度通常為2mV/V。雙剪切梁式（橋式）結(jié)構(gòu)、單剪

切梁（懸臂式）結(jié)構(gòu)、平行梁結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為2mV/V，柱式結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為1mV/V，另

有一小部分懸臂梁結(jié)構(gòu)、S型的靈敏度為3mV/V。

動態(tài)電子軌道衡在稱量過程中因為有較大的沖擊載荷，所以使用靈敏度指標(biāo)是1mV/V的，最

大秤量為20噸的柱式稱重傳感器產(chǎn)品；一般靜態(tài)稱量用的衡器，如，汽車衡、平臺秤等產(chǎn)品，由

于相對沖擊載荷較小，使用靈敏度2mV/V的稱重傳感器；一些采用杠桿系統(tǒng)的，或者一些不易產(chǎn)

生偏載影響的料斗秤、稱量液態(tài)物質(zhì)的衡器，可以使用靈敏度3mV/V的稱重傳感器。

（2）可能有的朋友要講，在R76-1《非自動衡器》國際建議（2006版）中，對非自動衡器模

塊兼容性核查時，針對不同結(jié)構(gòu)的衡器只是給出了一個修正系數(shù)Q，根本就沒有考慮稱重傳感器的

“靈敏度”問題，你在這里是否也在故弄玄虛？

實際上，同樣兩個最大秤量一樣的稱重傳感器，如果一個靈敏度為1mV/V，而另一個靈敏度為

2mV/V，那么其使用情況是完全不一樣的。因為相對來講，兩者之間實際載荷能力相差一半左右。

換句話講，如果兩者靈敏度相當(dāng)，則靈敏度為1mV/V的稱重傳感器比靈敏度為2mV/V的稱重傳感

器負(fù)載能力大一倍。

2、交變應(yīng)力影響

許多衡器產(chǎn)品都是在動載荷作用下工作的，很少有衡器是在靜止稱量的，所以在選擇稱重傳感

器時，一定要考慮沖擊作用力的影響，在設(shè)計選擇稱重傳感器是留有一定的安全余量。但是，像汽

車衡、軌道衡等一些衡器，其不但受到?jīng)_擊載荷的影響，還受到交變作用力的影響，這些交變作用

力對稱重傳感器的破壞力，在某些環(huán)境下對一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的破壞力有時大于瞬時作用力，在

這樣作用下產(chǎn)生的破壞被成為“疲勞破壞”，與靜載荷下的破壞迥然不同，其破壞時應(yīng)力低于材料的

強度極限，甚至低于屈服極限。

三、安裝影響

1、固定稱重傳感器的螺栓對安裝力矩的要求

稱重傳感器安裝的緊固力度如何，是保證其使用中的邊界條件是否能穩(wěn)定的前提。裝配時緊固

力度太大，有可能將緊固螺栓扭斷；緊固力度較小，有可能達(dá)不到安裝要求。稱重傳感器不論是安

裝在承載器上，還是安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，都必須達(dá)到在重量對承重點作用后，其固定點不會發(fā)生松

動，所以固定點選用的螺栓材質(zhì)、直徑和預(yù)緊力矩都有嚴(yán)格的要求。力矩T = k.d.F（其中k=0.2）

見下表1。

表1 螺栓預(yù)緊力與其強度和規(guī)格的關(guān)系（F單位為kg）

直徑

預(yù)緊力F

強度

M8

M10

M12

M16

M20

M24

M27

M30

M36

普通

5.6級

1020

1620

2360

4400

6860

9880

12900

15700

19400

6.8級

1610

2550

3710

6900

10800

15500

20200

24700

35900

高強度

8.8級

2120

3360

4890

9110

14700

21200

27500

33700

49000

10.9級

3040

4810

7000

13000

20300

29300

38100

46600

67800

例如，選用10.9級M24的高強度螺栓，

旋轉(zhuǎn)力 ..0.22429300140640140TkdFkgmmkgmmkgm==××.=.≈.

2、安裝力矩對稱重傳感器應(yīng)力的影響

對于某些結(jié)構(gòu)的稱重傳感器來講，由于其應(yīng)變區(qū)與安裝位置間隔比較近，在設(shè)計時又沒有考慮

隔離區(qū)，所以用于固定稱重傳感器的作用力如果處理的不合適，將會影響稱重傳感器的正常輸出信

號。比如，電子計價秤使用的“平行梁式”稱重傳感器，其偏載誤差都是在安裝結(jié)束后再修正，因為

固定稱重傳感器的螺釘位置與應(yīng)變片粘貼位置同側(cè)面，且距離比較近，如果設(shè)計在兩端的效果就會

好的多。80年代引進(jìn)美國的吊秤中使用的稱重傳感器在固定位置與應(yīng)變區(qū)之間設(shè)計了一道隔離槽，

就是為了減少安裝力矩對計量性能的影響。

四、稱重傳感器防護

“防護等級”這個名詞出自國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4208-1993《外殼防護等級（IP代碼）》，在標(biāo)準(zhǔn)的適用

范圍中規(guī)定，它適用于低壓電器外殼的防護分級。而不適用于低壓電器對機械損壞、易爆、腐蝕性

氣體或凝濕、霉菌、蟲害等條件下使用的保護。在計量檢定規(guī)程JJG669-2003《稱重傳感器》（eqv

國際建議R60），同樣國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7551-2008《稱重傳感器》也有相同的規(guī)定，對稱重傳感器的影

響量最大允許誤差，對于濕度符號分了三種類型。

①對標(biāo)記有“N H”符號的稱重傳感器，規(guī)定不進(jìn)行濕度試驗；

②對標(biāo)記有“C H”符號（或沒有濕度符號）的稱重傳感器，規(guī)定做濕熱循環(huán)試驗；

③對標(biāo)記有“S H”符號的稱重傳感器，規(guī)定做濕熱穩(wěn)定試驗。

從以上標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程中可以看出，兩者的區(qū)別之一是“溫度”影響。防水和防塵試驗的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條

件基本是在常溫下進(jìn)行的，而標(biāo)記有“CH”和“SH”符號稱重傳感器的濕熱試驗對溫度有比較嚴(yán)格的

規(guī)定。第二，是水的表面漲力和蒸汽滲透能力的區(qū)別。雖然IPX7和IPX8的試驗要求將電器完全侵

入水中，并侵入到一定深度，但是我們必須注意到，是它在同一溫度下進(jìn)行的，雖然侵入水中電器

會受到一定的壓力，但是水的表面漲力就能阻止水侵入到一些微小縫隙中。而在濕熱穩(wěn)態(tài)試驗時，

是當(dāng)溫度升高至規(guī)定值后，再加入蒸汽達(dá)到一定濕度，這種嚴(yán)酷程度就不一樣了。因為溫度升高會

使微小縫隙變大，蒸汽由于不受表面漲力的影響，潮濕的氣體就會長驅(qū)直入，從而影響產(chǎn)品的計量

性能。第三，是時間問題。在防護等級IPX7中規(guī)定：“試驗持續(xù)時間至少為30min”，而在“CH”的

試驗中規(guī)定：“每一個循環(huán)持續(xù)24h的12個濕熱循環(huán)組成”；在“SH”的試驗中規(guī)定：“在規(guī)定的較高

溫度和85%相對濕度條件下，保持溫度、濕度穩(wěn)定兩天后進(jìn)行”。一個是30min，一個是12個24h

或兩天，兩者的嚴(yán)酷度相距甚遠(yuǎn)。

五、數(shù)字式稱重傳感器

1、靈敏度概念問題

目前大家公認(rèn)所謂的“數(shù)字式稱重傳感器”和“數(shù)字化稱重傳感器”，都不是真正意義上的“數(shù)字傳

感器”，在R60《稱重傳感器》（2000版）國際建議中，認(rèn)為這些都是裝有電子線路的稱重傳感器，

也就是說，這些稱重傳感器沒有產(chǎn)生脫胎換骨的變化，模擬稱重傳感器中使用的技術(shù)指標(biāo)，在數(shù)字

式稱重傳感器中也是同等應(yīng)該遵守的。其中對“靈敏度” 的定義是稱重傳感器響應(yīng)（輸出）的變化

對相應(yīng)的激勵（施加的載荷）變化的比。用“mV/V”表示。

在過去，大家都按這個規(guī)定來考慮“模擬式稱重傳感器”的指標(biāo)的，可是怎么到了“數(shù)字式稱重

傳感器”，這個“靈敏度”所表示的成了100萬碼、20萬碼等的分辨力了呢？這個“靈敏度”所反映的

內(nèi)容是什么意思？這有什么用途？是否在誤導(dǎo)用戶？實際上，這個“分辨力”就是指的稱重指示器的

一個模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）指標(biāo)。

在設(shè)計電子衡器時，選用什么規(guī)格的稱重傳感器，這個“靈敏度”指標(biāo)應(yīng)該是一個重要參數(shù)。我

在《如何正確使用稱重傳感器》一文中，針對模擬式稱重傳感器的技術(shù)指標(biāo)，從稱重傳感器的最大

秤量、稱重傳感器的準(zhǔn)確度、稱重傳感器的結(jié)構(gòu)、稱重傳感器的安裝等方面，針對不同衡器產(chǎn)品應(yīng)

該怎樣選擇稱重傳感器。在文中提出了一個稱重傳感器“靈敏度”的指標(biāo)，我認(rèn)為在選擇稱重傳感器

時，除了應(yīng)該考慮最大秤量、最小檢定分度值和準(zhǔn)確度等級的指標(biāo)外，不論修正系數(shù)如何

選擇，一定要注意稱重傳感器的“靈敏度”指標(biāo)。

maxEminv

現(xiàn)在許多數(shù)字式稱重傳感器的指標(biāo)中，將數(shù)字模塊A/D的有效分辨力50萬、100萬碼等作為“靈

敏度”進(jìn)行表示，這樣混淆了靈敏度的概念，對一些選用數(shù)字式稱重傳感器的設(shè)計者帶來了困難。

就如同90年代時期，將稱重儀表的分辨力操作到幾十萬一樣，直到GB/T7724-1999《稱重顯示控

制器》國家標(biāo)準(zhǔn)的出版，才使這個炒作停止。

2、最小檢定分度值 minv

在R60《稱重傳感器》（2000版）國際建議中，對于最小檢定分度值的獲得，是根據(jù)稱重

傳感器的實際測量范圍，可以分成的最小檢定分度值。即

minvnDDvminmaxmin.

=。

這里的“測量范圍的最大載荷”可以等于“稱重傳感器的最大秤量”，也可以小于；

這里的“測量范圍的最小載荷”可以等于“稱重傳感器的最小靜秤量”，也可以大于。絕

對不是象某些產(chǎn)品樣本上寫的那樣，

maxDmaxEmaxEminDminEminE10000/maxminEv=。

六、結(jié)論

以上談到的一些關(guān)于稱重傳感器方面的問題，一些問題是制造單位從產(chǎn)品宣傳上有意回避自身

的薄弱環(huán)節(jié)，一些問題是使用者在選擇時沒有研究明白，要解決這些問題的關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)，認(rèn)真搞

明白稱重傳感器的概念，千萬不能人云亦云。

參考文獻(xiàn)

1．GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》。

2．GB/T7551-2008《稱重傳感器》國家標(biāo)準(zhǔn)。

3．GB/T23111-2008《非自動衡器》國家標(biāo)準(zhǔn)。

4．GB/T11014-1989《平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性》國家標(biāo)準(zhǔn)。