關(guān)于衡器測量的一些基本知識分享
衡器在使用時(shí)由于使用目的不同，設計者可使用單只和多只傳感器來(lái)達到要求。根據稱(chēng)重的基本原理，實(shí)際上絕大多數衡器稱(chēng)重是通過(guò)使用一只和四只傳感器來(lái)完成的。
計價(jià)電子秤是使用單只傳感器稱(chēng)重廣泛且用量較多的稱(chēng)重計量器具。這種小量程衡器所使用的傳感器，基本上都是雙孔平行梁式傳感器，這種傳感器的特點(diǎn)是，無(wú)論載荷安置在秤臺的任何位置，其稱(chēng)重結果均相同。另外，重復稱(chēng)重均相同是對衡器的基本的要求。
除了計價(jià)秤以外，在很多場(chǎng)合都有使用單只傳感器的衡器，特別是單點(diǎn)式傳感器出現后，在很多較大量程稱(chēng)重的衡器上得到廣泛運用。除了在傳統的非自動(dòng)稱(chēng)重方面外，在單托輥皮帶秤，軸稱(chēng)重汽車(chē)衡方面也得到有效的使用。
單只傳感器用于稱(chēng)重的衡器特殊的運用是吊秤，從稱(chēng)重物理原理來(lái)講這是簡(jiǎn)單、直接的稱(chēng)重方法。如果被稱(chēng)物處于理想的“靜態(tài)"，稱(chēng)重時(shí)就不存在其他的干擾因素，傳感器的受力就應當是被稱(chēng)物的重量，但是吊秤是衡器影響稱(chēng)重結果、干擾因素較多、較復雜，也是較難控制的衡器。
吊秤使用時(shí)，先通過(guò)繩索或直接掛在橫梁或頂上，再用繩索吊掛被稱(chēng)物體。在實(shí)際稱(chēng)重時(shí)，被稱(chēng)物不僅會(huì )在相對固定點(diǎn)上擺動(dòng)、旋轉，而且還會(huì )轉動(dòng)，這些運動(dòng)均會(huì )產(chǎn)生附加的干擾力。例如，由于擺動(dòng)不僅產(chǎn)生了離心力、傾斜力，而且這些力不僅僅與吊掛繩的長(cháng)度、固定吊掛點(diǎn)的強度、起吊時(shí)的擺幅有關(guān)，還與被稱(chēng)物體的慣性距等因素有關(guān)，因此無(wú)法制定“標準"的工作狀態(tài)。因為這些干擾因素不可能得到可供計算的數學(xué)模型，所以也不太可能進(jìn)行修正，其結果是無(wú)法制定出有效檢定方法。通常只能通過(guò)懸掛砝碼，在主觀(guān)認為相對靜止的狀態(tài)下進(jìn)行“量值校準"，所以用吊秤來(lái)稱(chēng)重時(shí)，我認為其誤差在10% 就不錯了。
使用兩只傳感器稱(chēng)重的裝置不是很多，但它具有一個(gè)特點(diǎn)，即在實(shí)際運用中運用得當的話(huà)會(huì )取得很好的效果。兩個(gè)稱(chēng)重支點(diǎn)的結構，無(wú)論被稱(chēng)物體處于兩個(gè)支點(diǎn)之間的任何位置時(shí)，兩個(gè)支點(diǎn)的受力值之和始終等于被稱(chēng)物體的重量，即與被稱(chēng)物重心的位置無(wú)關(guān)。我曾利用這一特點(diǎn)設計和制作過(guò)稱(chēng)豬的秤，豬在承載器（欄）中十分的不安定，位置變化很大，在使用了兩個(gè)支撐點(diǎn)傳感器后，稱(chēng)豬重量的準確度大幅度提高。所以可以看出：使用了兩個(gè)支撐稱(chēng)重的優(yōu)點(diǎn)是，只要限位器設計和調整合理，就可以明顯提高稱(chēng)重的準確度。
三個(gè)支撐點(diǎn)的稱(chēng)重裝置，也同樣具有稱(chēng)重結果與被稱(chēng)物體重心無(wú)關(guān)的特點(diǎn)。但現在除了在存儲罐的稱(chēng)重使用外，已經(jīng)很少見(jiàn)到使用三個(gè)支撐點(diǎn)結構的衡器。我認為其主要原因還是，在實(shí)際運用時(shí)，除被稱(chēng)物的重心很容易偏離支撐點(diǎn)之外，且三個(gè)支點(diǎn)的穩定性要比四個(gè)支點(diǎn)的衡器穩定性差。
俗話(huà)說(shuō)“四平八穩"，這個(gè)詞匯用在衡器上尤為貼切。因此四個(gè)支撐點(diǎn)的稱(chēng)重裝置或衡器在現實(shí)中得到了廣泛應用。然而人們在使用四個(gè)支撐點(diǎn)稱(chēng)重時(shí)往往存在一個(gè)習慣性的誤區，即認為被稱(chēng)物體的重量就等于四個(gè)支撐點(diǎn)受力之和。而實(shí)際上四個(gè)支撐點(diǎn)系統是一個(gè)靜態(tài)不定力矩的平衡系統。即使準確知道四個(gè)支撐點(diǎn)的準確坐標位置、載荷的準確坐標位置，也無(wú)法求得四個(gè)支撐點(diǎn)受力的準確值。因為在計算這類(lèi)衡器的準確度上，我們往往忽略了一個(gè)技術(shù)指標，即偏載的允差。偏載的允差是確定載荷處于承載器不同位置時(shí)測量示值的誤差，它是由衡器力矩平衡的本質(zhì)決定的。由于習慣，很多人會(huì )把四個(gè)傳感器構成的衡器誤認為傳感器所受力值相加一定等于載荷的重量。
從物理角度講，除吊秤外其余所有衡器的測量都是建立在力矩平衡的原理上，而不是力值的平衡上。
四支承載器在動(dòng)態(tài)的稱(chēng)重中也得到了廣泛使用，動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、皮帶秤、檢驗秤的稱(chēng)重裝置都是四個(gè)支撐點(diǎn)稱(chēng)重結構的衡器。對制造以上各種衡器的稱(chēng)重裝置而言，需要稱(chēng)重臺設計合理，限位器的設計、安裝正確，使其能保證加載的正確性。廠(chǎng)家所設計的衡器在生產(chǎn)的一致性上通常保證靜態(tài)測量精度（即使用時(shí)的不確定度）為0.1%，應當是沒(méi)有太大問(wèn)題。但為什么在現場(chǎng)安裝檢定時(shí)同類(lèi)產(chǎn)品的結果會(huì )有明顯的差異呢？其實(shí)這不是衡器本身的問(wèn)題，而是被測物體在動(dòng)態(tài)測量中受環(huán)境條件的影響而產(chǎn)生不同測量結果的根本因素。
例如，軌道衡兩端引軌的平直性，還受過(guò)渡器等的影響。車(chē)輛掛鉤間的相互作用力、車(chē)輛的自振頻率、載荷的大小，也都能直接影響測量的后面結果。
對于動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡，特別是輪軸式動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡，除了衡器兩端引道的平直性外，即使是同一車(chē)輛，在載荷不變的情況下，車(chē)輛、車(chē)輪氣壓的不同，也會(huì )明顯影響測量結果。這是因為車(chē)輪氣壓不同，導致車(chē)輪與軸計量衡的接觸面積發(fā)生明顯的變化，而且還會(huì )導致車(chē)輛的自振頻率的改變。影響皮帶秤的因素就更加明顯了，皮帶效應是決定皮帶秤測量不確定性的根本因素。
事實(shí)上，對于衡器而言，只要設計合理，衡器的稱(chēng)重部分的一致性就可以做得很好，使得測量?jì)x器的測量精度也能滿(mǎn)足要求，并對測量信號的處理和修正也具有相應的保障作用。即便如此，被測物體本身和環(huán)境的不可控因素才是影響測量結果的根本因素。除上面的例子外，如非自動(dòng)積累秤，當物品放料到稱(chēng)重斗時(shí)，所引起的稱(chēng)重斗周邊的氣壓擾動(dòng)的干擾，以及定量包裝秤中被包裝物體的包裝難易程度，均為影響測量結果的根本因素。
綜上所述，改善衡器（特別是動(dòng)態(tài)衡器影響測量結果）的環(huán)境條件，往往是事半功倍取得良好測量結果的重要舉措。例如設計合理、有效的裝料裝置，保證投料的均勻性和穩定性；加強皮帶秤和送料皮帶裝置的結構穩定性、可靠性；以及降低電測裝置的漂移等，都是有效提高皮帶秤的可靠性、穩定性和測量精度的具體措施。
吊秤和動(dòng)態(tài)軸汽車(chē)衡是兩個(gè)難以確定測量誤差的衡器，因為對它們的“校驗"往往與實(shí)際測量時(shí)的狀態(tài)相差很大。例如吊秤所使用的傳感器，只能在靜態(tài)下校準，能夠給出偏載和傾斜加載的范圍就很不易了。所以當衡器在擺動(dòng)、旋轉、轉動(dòng)的受力條件下，即使有號稱(chēng)“萬(wàn)能接頭"的連接器，也無(wú)法正確得出在這些干擾條件下受力與電信號輸出的相應值，也就無(wú)法用懸掛砝碼和可溯源的標準物來(lái)對吊秤進(jìn)行“校準"。這也就是為什么至今沒(méi)有制定出對吊秤的檢定的方法和國際建議的原因。
動(dòng)態(tài)軸計量汽車(chē)衡的穩測量對象可能是多種多樣的載重車(chē)輛。如前所說(shuō)，即使同一個(gè)車(chē)輛在相同加載情況下，由于車(chē)輪壓力不同，或由于與承載臺面的接觸面積的差異，自振頻率的改變，使得測量結果有明顯的差異。而在“校驗"中提出用“剛性"兩軸車(chē)輛作為標準器進(jìn)行“校準"，其測量結果存在很多不可確定的因素，原因在于，首先如何評定“剛性"就是沒(méi)有“標準"的，其次兩輪軸車(chē)輛與實(shí)際要測量的各種各樣的車(chē)輛在結構上的差異很大，這些差異對測量結果有多大影響，也是沒(méi)有結論的。例如在對大型拖車(chē)進(jìn)行測量時(shí)，操作者無(wú)法判斷拖車(chē)與掛車(chē)之間，以及車(chē)輛各輪軸在測量時(shí)有無(wú)相關(guān)性（聯(lián)系）。
中國是汽車(chē)衡使用較多的國家，但在這方面的基礎研究還比較差。完整、可靠、可信的測量和“檢定"數據也不完善。這些都對我們如何正確運用軸汽車(chē)衡帶來(lái)了負面影響。另一方面從管理層面上考量，由于車(chē)輛超載的管理問(wèn)題，也是行政方面始終沒(méi)法解決的難題，所以從研究方面上看，實(shí)際上廠(chǎng)家和有關(guān)部門(mén)有很多相關(guān)工作可深入探討，也是我們實(shí)現衡器強國的挑戰機會(huì )與動(dòng)力。
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