地磅是衡器應(yīng)用中最為廣泛的產(chǎn)品之一，是大宗物料稱重計量和貿(mào) 易結(jié)算的主要計量設(shè)備，具有準確、方便、快捷的特點，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，世界各國都有各自的 產(chǎn)品應(yīng)用特點。本文的目的在于通過探討各國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，地磅是衡器應(yīng)用中最為廣泛 的產(chǎn)品之一，是大宗物料稱重計量和貿(mào)易結(jié)算的 主要計量設(shè)備，具有準確、方便、快捷的特點。 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 下簡稱儀表、稱重傳感器下簡稱傳感韓、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、計算機和穩(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)變計橋路 失去平衡，輸出與重量數(shù)值成正比例的電信號， 經(jīng)線性放大器將信號放大；再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號，由儀表的微處理機CP!)對重量信號進行 處理后直接顯示重量數(shù)據(jù)。配置打印機后，即可 打印記錄稱重數(shù)據(jù)，前提條件是配置計算機可將 計量數(shù)據(jù)輸入計算機管理系統(tǒng)進行綜合管理。

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，能將作用在被測物體上的重力按一定比 例轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，其被稱為電子衡器中 的心臟部件?？茖W(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), 實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量。特別是隨著 微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的不 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 量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合 分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢 測和粉粒體進料量控制等，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、使用環(huán)境、秤臺結(jié)構(gòu)、自動化程度等 進行分類。本文主要針對靜態(tài)地磅而言,有關(guān)動態(tài)汽車衡又稱動態(tài)車輛自動衡韓中的 稱重板、軸重儀不做闡述。

二、我國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)的傳感器在我國地磅使用很少。 這里就著重從三個常用結(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。但對于大量 程的該產(chǎn)品來講，安裝以及更換維護的難度較高。 例如：20t剪切梁傳感器固定螺栓的緊固力矩要達 到1200- 1500N*m,不是每一個使用者手頭都有適 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， 在我國地磅中應(yīng)用最為廣泛。我國不但是 橋式傳感器的使用大國，也是橋式傳感器的制造大國。據(jù)不完全統(tǒng)計我國橋式傳感器的年產(chǎn)量至 少在100萬支以上。在我國應(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，例如國外 的梅特勒托利多、VISHAY,國內(nèi)的中航電測、濟 南金鐘、柯力等都在制造和銷售。但由于激烈的 市場競爭，大多企業(yè)先后在該產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行 了改進，主要目的在于降低成本。產(chǎn)品計量性能 指標基本上與常規(guī)橋式稱重傳感器相當或甚至略 差一些。如圖5中的小橋式傳感器，它的改變在 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，它的改變在于兩端的螺栓連接改 為銷子，安裝高度降低，但底座的強度有嚴格要 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。曾在2006年韓國客 商將該圖發(fā)給筆者，但到2010年國內(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 或改型，但對于量程在40噸及以上的傳感器還是 采用兩端各用兩個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 與改進和改型后的橋式傳感器有各自的優(yōu)缺點， 孫登林老師在2010年的〈〈第九屆稱重技術(shù)研討會 論文集》中〈從橋式稱重傳感器的改進創(chuàng)新看傳 感器行業(yè)配套發(fā)展問題》一文做了詳細的描述， 同時劉九卿老師的相關(guān)論文和專業(yè)培訓(xùn)內(nèi)容中也 進行了詳細的分析，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)中進行的。相關(guān)內(nèi)容 在文章的下一節(jié)進行描述。這兩年也有企業(yè)通過 改進柱式產(chǎn)品尋求在我國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)進行力值 傳遞。從理論和實驗角度分析是合理的，筆者個 人認為考慮到秤臺的熱脹冷縮等實際應(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，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，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)過大量的市場考證，但從理論和實驗角度上分析具有很好的應(yīng)用價值。

三、其他國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。以我國為中心的韓國、日本、泰國、 越南等鄰邦，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與我國相似或相近。具體 來講就是近年來我國銷往周邊國家的常規(guī)橋式稱 重傳感器數(shù)量明顯增加。美國及其周邊市場以雙 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。我國是稱重傳感器的制造大國，這 幾款產(chǎn)品目前在我國的生產(chǎn)量也是相當大，我國 的大多制造廠家為美國及相關(guān)國家的客戶提供 OEM和直接出口。但在我國地磅中的應(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較高，但從應(yīng) 用和計量角度來看具有一定的優(yōu)點和優(yōu)勢。

歐洲國家在地磅上所使用的傳感器為 柱式結(jié)構(gòu)，以德國為例，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，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，雖說衍生出多個種類和型號，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，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，我國做為稱 重傳感器的制造大國，主宰著稱重傳感器在電子 衡器中的發(fā)展。近年來，我國很多制造企業(yè)都在 想方設(shè)法對產(chǎn)品進行改進和升級，但最終的目的 卻是為了降低成本而參與激烈的市場競爭。十字 梁傳感器的出現(xiàn)是對前者的突破，也可以認為是 真正意義上的創(chuàng)新。事實對于一個價格已降到最 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。所以筆者呼吁國內(nèi)稱重傳感器制造企業(yè)不 要只停留在對外形尺寸改變進而縮減成本的進行 改進。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。