2.1电子汽车衡的基础知识

  2.1.1衡器的起源与概念

  度量衡起源于（秦朝），过去习惯把可以在室外衡量各种物体的质量或重量的器具或设备统称为衡器。随着计量技术发展，OIML（国际法制计量组织）1992年定义：利用作用于物体上的重力来确定该物体质量的计量仪器称之为衡量仪器。目前我国国标GB/T14250-93对衡器的定义是：利用作用于物体上的重力等各种称量原理，确定质量或作为质量函数的其他量程、数值、参数或特征的一种计量仪器。

  2.1.2电子汽车衡的应用、发展与展望

  衡器的应用：化工业、冶金业、纺织业、医疗卫生、对外贸易、交通道路、国防以及科学研究等。

  电子汽车衡器发展了4个阶段：

  第一阶段：50~60年代为机械杠杆式衡器而设计打印机式衡器；

  第二阶段：70年代初—80年代中，传感器，称重显示技术出现，而出现真正意义上的电子衡器；

  第三阶段：80年代中开始，3C技术的渗入（computer,control,comminication），出现智能化电子衡器，应用于各种生产现场，参与数据处理，信息交换及现场控制；

  第四阶段：世纪交替之际，数字技术引入，数字传感器出现，随之出现数字化衡器，以其高精度，优裕抗干扰性能，方便使用调整及快速故障判断而开创另外一篇天地。

  2.1.3电子汽车衡的系统组成

  电子汽车衡称重系统标准配置由五大部分构成：秤台、称重传感器、接线盒、显示仪表、电缆线，根据不同客户的需求可选购其它外接设备以达到整套称重系统。

  2.2电子汽车衡秤台设计

  秤台是电子汽车衡的核心部位，它将决定于一台汽车衡使用年限、准确度。汽车衡台面的设计要注意以下几点：

  2.2.1秤台强度

  为保证称重量的精度与准确度，汽车衡满量程承载时，秤台整体弯曲应控制在1mm/1m。

  2.2.2秤台承载点的设计，

  类别

  支撑点外置式

  支撑点内置式

  上翻梁式

   特点

   秤台无翻转力，坚固性好，使用寿命更长

   典型的静态秤结构，易产生倾翻力矩，动态称重时传感器易受冲击，影响精度和寿命

   受安装质量影响大，传感器易损坏。使用寿命较短

   2.2.3多秤台的连接方式

   秤台联接分为断联接方式与死联接方式，以两节台面为例。

   断联接方式，此种联接是选用搭接的方式，第二节秤台搭在第一节秤台上，优点是：a、能够使每个承载点均匀受力，有助于四角误差调整。b、有利于运输。c、便于安装。

   死联接方式，此种联接方式不合理，缺点是：a、不易安装。b、四角平衡不易调整。c、新秤安装后2～3个月，秤台发生变形或基础变形，四角出现偏差。

   2.2.4传感器安装方向和在秤台的安装位置

   同一台秤，同一型号的传感器安装方向应统一

  横向，纵横向这两种方向均可行，为了提高动态效果，推荐(c)装法。

   (b)主要是在同一台秤上安装方向不统一，秤台挠度变化时，四个角会产生不同方向的输出变化量，并会随载荷在秤台上位置的不同而不同，表现出较大的偏载误差。

  传感器在秤台的安装位置应考虑载荷轴重力矩MZ与秤台重力力矩MG的关系。

  当B尺寸较大时，会导致汽车下秤时，后轮的作用力矩（即轴重力矩）MZ可能会大于秤台的重力力矩MG，秤台以传感器为支点沿图示a方向翻转，车开出后原始对位状态与初始不同，表现为不回零，重复性差，故B尺寸增大有利于提高秤台的强度，但必须充分考虑翻转的后患不良，原则上应控制A尺寸提高强度，尽可能缩小B尺寸。

  2.2.5电气联接要可靠

  就传感器内部而言，由敏感元件，补偿元件等形成的焊点多达几十个，作为传感器生产厂家，应从工艺上设法保证每一处焊点的可靠性，如果有虚假焊存在，则是致命的故障，通过强有力的自检、互检制度和老化检测等手段可以减少这类不良的产生概率。如果传感器内部电气联接完好，则导线是传感器的生命线，长期工作在相对恶劣的环境下，其耐老化，绝缘特性是必须考虑的因素，另外在安装和使用中必须考虑对导线的防护，严防挤压、夹砸、扭曲、冲拉等。

  2.2.6基础设计与施工

  电子汽车衡基础分为有基坑与无基坑两种结构，根据场地的大小进行选择，选择场地时须注意以下几点：

  a、为不影响称重传感器的密封性能，选择场地应避开水道，汽车衡不能长期淹如水中。

  b、避开高压设备，远离磁场干扰。

  c、司磅房位置的选择，司磅房的称重设备不能离汽车衡太远或太近，首先要考虑到司机与司磅员的方便。

  d、要保证基础各承载点有较好的承载能力，各承载点所承受的力应大于最大称量（Max）所施加的力。

  e、基础排水通风设施，排水孔应设置在基础的周围，基础平面坡度2：0，基础中间高出两边2厘米。

  f、无基坑电子汽车衡引坡设计，引坡长度为1/2汽车衡台面总长度。

  2.2.7要有良好的限位装置和过载保护装置

  限位的必要性和重要性：为了达到精确称量的目的，传力机构一般设计为活络的，而实际使用中总是存在一定的横向冲击力，又要求能快速获得读数，尽量缩短示值稳定时间，即要求秤台是近平于固定的，像料斗秤、容器秤等是过程中的工艺设备，要求秤体必须是稳定不动的，有了限位才能实现这一要求。据某次试验测试，当重载车辆进入秤台及在秤台上刹车时，产生的水平冲击力是较大的，对于16×3m的汽车衡，刹车时会产生近30t的水平冲击力；火车在光滑铁轨上行驶时的水平冲力也有4t。一般来说，水平方向的干扰力没有确定的方向。而且更大成分是倾翻力矩和旋转力矩，所以设计水平限位十分必要和重要。

  2.2.8限位器的结构形式和技术要求

对于不同状况下使用的限位器应采用不同的结构型式，因此也就有不同的技术要求，一般要求限位柱有足够的强度，能承受很大的水平冲击力，并与固定体之间保持2~3mm间隔，以保证限位器不产生计量力值的旁路。

对于大台面的电子汽车衡，轨道衡等不允许秤台来回左右晃动的电子衡器，把水平限位器设置在秤台四角或中间位置，因为秤台的热胀冷缩会把很小的限位间隙卡死，所以要求限位必须是内装置。

  对于汽车衡、平台秤等可以在每一节之间设计管套式限位，如图A，在秤体中间部位先焊接直径较小的短管，基础预埋钢板上焊接直径较大的短管。通过小管套于大管上来限位，另外对于秤台与其它设备无直接连接关系的电子衡器，可以放宽对水平限位的间隔要求，允许大幅度的晃动，所以不少电子汽车衡仍保留秤台四角的限位头，如图B，这种方式的限位器只起到了安全保限的功能，不宜推广延用，限位间隔必须小于自复位支承构件的允许位移值，而大于夏冬之间秤台可能产生的最大伸缩值。

几种限位结构对比：

  类别

  钳固式

  推杆式

  弹簧式

  特点

  独特的动态设计，晃动力小，抗冲击力强,不容易发生位移，受路面倾斜度影响小，稳定性高

  容易发生位移，久之秤台易

  晃动，容易出现秤台卡住而导致

  称重不准确的现象

  长期使用弹簧弹性易失效，受倾斜的影响大，影响称重精度，稳定性较差

   2.2.9料斗秤，容器秤等电子衡器的限位器。

   这类电子衡器要求用水平拉杆限位，以起到水平位移，水平旋转，整体倾翻等限位功能，（用模块式的除外）。其具体有下列要求：（A）拉杆两端连接部位必须是活络的或是柔性的，不致产生计量力值的旁路；（B）限位连杆两固定支点要求在同一水平轴心线上，不允许在拉杆收紧时产生重直分力。（C）连杆的布局，要求布置在同一水平面上，以免收紧时对容器产生倾侧力矩；（D）固定支点的布局位置应设在容器最有效的限位止动线上。

   2.3过载保护装置设计

在电子衡器及电子测力系统中，电阻应变式称重传感器在使用中遭受被称量物体的冲击几乎是不可避免的，被称物以较大的加速度接触秤台产生碰撞或在秤台上突然加力，但并不是碰撞均会引起冲击载荷，结果产生则会损坏传感器。

  传感器量程Q（t）

  Q≤0.5

  0.5＜Q≤3

  秤台安装板厚度（mm）

  12~18

  18~25

   螺钉螺纹直径（mm）

   M12

   M16

   螺钉总长度（mm）

   16~22

   28~35

   ※　建议采取以下预防措施：

   a、在称重传感器传力或安装连接结构部位设置缓冲装置，以衰减冲力。通常如SB的不倒翁底面粘结了2-3mm厚的聚四氟衬垫，SQB的活动压头底面也设计了衬垫橡胶套，这些缓冲辅助物在安装使用时应注意保护、保留，确保完好性。

   b、在秤台上设计可调螺钉，并能在传感器装好后可方便调节螺钉的伸出长度，使其与传感器承载自由端的距离在0.5-1.2mm，当遇到较大冲击或严重超载传感器变形时，其自由端与过载保护螺钉间距缩小至零，此时过量载荷或冲击力会消耗在保护螺钉上，从而可有效的防止传感器发生超载塑性变形而损坏。

   过载保护螺钉建议尺寸如下：

   传感器参考形变位移量

   传感器型号

   SB0.5t

   SB1t

   SB2t

   SQB0.5t

   SQB1t

   SQB1.5t

   SQB2t

   满量程承载端形变量尺寸

   0.4mm

   0.9mm

   1.1mm

   0.5mm

   0.7mm

   1.0mm

   1.4mm

   防过载限位距离尺寸（W）

   0.5mm

   1.0mm

   1.2mm

   0.5mm

   0.7mm

   1.0mm

   1.4mm

   特别说明：上表变形尺寸主要是由于螺杆形变引起，如果选用了高强度螺杆，可接该尺寸至少应减少一半。

   2.4电子衡器的四角平衡调整

   2.4.1概述

   在电子衡器的安装调试中，按照JJG539-97数字指示秤检定规程的要求，要对秤体上安装称重传感器的四点（或以上）进行偏载试验。因此对秤的四角平衡的调校是一项首要的任务。所谓四角平衡，是指秤的四角的位置上（实际上是安装称重传感器的位置）放置1/3的额定载荷，调整秤体上的四只或四只以上称重传感器输出信号，使仪表显示数值相近或相等，即人们俗称四角平衡。调整四角平衡的方法有两种，一种是在称重传感器输出端并接调整电阻法，另一种是在称重传感器输入端串接调整电阻法。这两种方法最终目的都是要调整称重传感器输出值的大小。

   2.4.2电子衡器四角平衡的调试方法

  在称重传感器输出端并接调整电阻法具体调整电路（以四只传感器为例）

   图中的Rg是串联在称重传感器输出臂上的隔离电阻，该电阻值的设计原则是：要求大于桥臂电阻的10倍，桥臂电阻为350Ω，这里Rg的阻值为2×2.5KΩ=5KΩ，目的是减少各称重传感器并联后的环流。

   图中的RT是输出电压调节电阻，调节阻值范围是10 KΩ~210 KΩ，调节输出电压的原理是在输出桥臂中产生一个分流，从而调节称重传感器的输出电压。

   这种方法调整电压范围较小，当称重传感器总输出为15mV，衡器的分度数n=5000时，最大能调节±5个分度。当称重传感器灵敏度偏差较大时，对于调试经验不足者，往往很不容易调到四角平衡。

  后来，在调试实践中掌握一些技巧。首先将RT2调到位置中间，秤台要经过重车碾压，机械系统稳定的条件下，用检衡车压角时，要记录各角的最大值和最小值，而后相加取平均值。调整每个称重传感器的RT2，使其向平均值“靠拢”，这样经过三个周期的压角调试再重新标定，一般可以调到四角平衡。

   初调者往往是将最小值向最大调整，或是将最大值向最小调整，这样其中的某只称重传感器的RT2一旦调到靠近RT1的一端，再调其它的称重传感器的RT2就不大起作用了，这是调试失败的主要原因。总之，采用并联电阻调整法，机械台面调整必须比较理想，使秤在空载时，各称重传感器受力均匀，各称重传感器的灵敏度误差在0.1%以内，经过一番细心调整，是可以调到数字指示秤检定规程中要求的技术指标。

   2.4.3在称重传感器输入端串接调整电阻法

  具体的调整电路（以四只传感器为例）

   这种调整称重传感器输出电压的原理是通过调节串接在输入桥臂上的电阻与桥臂产生分压。如图2中的RT调整数值较大时，输入桥臂分得的电压较低，称重传感器输出电压就相应降低。当RT调节值较小时，RT上分压值较少，而输入桥臂上分得的电压较高，从而使称重传感器输出电压相应升高。

   这种方法电阻调节范围约在15Ω左右，输入桥臂电阻通常为390Ω，当调节电阻调到中间位置时，可分压±1.6%，当衡器分度数为5000时，则可调整80个分度。

   采用在称重传感器输入端串接调整电阻法，调整输出电压变化范围很宽，只要机械台面稳定，即使各称重传感器灵敏度不一致或受力分配不甚均匀的情况下，仍能很方便的调到四角平衡。但如果各传感器灵敏度的一致性都保持在0.1%F.S以内，则应选用输出端并接电阻调整法是合理的。

   特别说明：当选用输入端串接调整电阻法时，其电位器须有较高的稳定性和低温漂特性，且调节圈数应大于20圈，优选进口产品，如果各传感器的灵敏度一致性在0.1%F.S以内，选用该种原理的接线盒调整，往往容易将因安装原因产生的角差误以为是输出不一致产生的角差来调整，会出现偏载砝码的量程下调准确了，但一旦加载大于或小于偏载砝码的量值时，均会产生较大的误差，导致调试失败。

   2.5传感器与衡器的接地技术

   传感器传输电缆屏蔽网，一般都与二次仪表内屏蔽器件的接地线一起接到接地桩头上。下述情况，传感器外壳必须自行接地：

传感器安装设备上同时安装有频繁启动的大功率电机，工作时的外壳电位的波动会通过分布电容耦合到传感器桥路中去，使传感器输出信号线上产生噪声，导致称重数据跳动不稳。

动态物流介质彼此间的摩擦而产生静电，积聚的结果会产生极高的电位，通过传感器放电时烧坏传感器，故传感器必须有单独的接地系统。

如：润滑油从6m高处泻入容器会产生10mm长的火花放电，乙炔从钢瓶口喷出，可积聚8KV的电压；煤粉以2.5m/s速度在钢管中流动会产生7.5KV的静电电压。    雷击引起的大电流回流入地时；设计如图示的回流电缆。

  注：铜丝或细铜带编织总截面积 ＞ 16 mm2 ；流散电阻 ＜  5Ω

   2.6电子汽车衡的日常保养

   2.6.1秤台维护

1）秤台四周间隙内不得卡有石子，煤块等异物。 
2）经常检查限位间隙是否合理，限位螺栓与秤体不应碰撞接触。 
3）连接件每半年进行一次保养，支承头部涂上黄油。 
4）禁止在秤台上进行电弧焊作业，若必须在秤台进行电弧焊作业。请注意下列几点：（断开信号电缆与称重显示控制器的连接；电弧焊的地线必须设置在被焊部位附近，并牢固接触在秤体上；切不可以使用传感器成为电弧焊回路的一部分）

2.6.2称重显示控制器保养

1）经常检查各接线是否松动，折断，接地线是否牢靠。 
2）称重显示控制器长期不用时（如一个月以上），应根据环境条件进行通电检查，以免受潮或其它不良气体侵蚀影响可靠性。 
3）称重显示控制器避免靠近热源、振动源。 
4）使用环境中不应有易燃易爆气体或粉尘。 
5）在称重显示控制器的同一相线上不得接感性负载，如门铃等。 
6）称重显示控制器长期不用、更换保险丝、移动位置或清除灰尘等情况时，务必切断电源。 
7）称重显示控制器如发生故障时应迅速断电，然后通知专业部门及人员进行检查整理，用户不得随意拆开机箱，更不得随意更换内部零件。 
8）司磅人员和仪表维修人员均需通过专门培训才能从事操作和维修。 

2.6.3更换传感器 

1）打开传感器（损坏的）上方盖板，用千斤顶顶起秤台，取下传感器地线。 
2） 打开接线盒，将损坏的传感器电缆线与接线盒解脱。在传感器端抽出电缆线。注意：在抽线时，附上一根引线穿过秤体，以便在更换新传感器时，便电缆线穿越秤体进入接线盒。 
3）参照上述第二项的方法，将传感器电缆线穿越秤体进入接线盒。 
4）按照接线图将电缆线各芯线固定在接线盒对应的接线柱上。 
5）松开千斤顶，放平秤台，盖上盖板。 
6）更换传感器后，须对汽车衡重新设定和校正。 
7）传感器安装完后，其多余电缆线应扎成捆放置，不得直接放置在基础地面上。 
8）为保证传感器的一致性和互换性，传感器电缆线不得随意截断。 
9）安装和拆卸过程中，不得出现划伤、磕碰传感器现象，并要保护好电缆线。

2.6.4计算机维护 
1）保证计算机接地系统良好。 
2）严禁频繁开关、随意搬动和拆卸计算机。 
3）计算机要远离水源、强电磁干拢。 
4）严禁随意使用外来软盘，防止感染病毒。 
5）严禁用硬物敲击键盘，如螺丝刀。 
6）机房内应保持清洁，温度应符合主机说明书要求。 
7）操作人员需经培训后方可上岗。 

2.6.5系统维护 
1）衡器安装后，应妥善保存说明书、合格证、安装图等资料，并经当地计量部门或国家认可的计量部门检定合格后，方可投入使用。 
2）系统加电前，必须检查电源的接地装置是否可靠；下班停机后，必须切断电源。 
3）衡器使用前应检查秤体是否灵活，各配套部件的性能是否良好。 
4）称重显示控制器须先开机预热，一般为30分钟左右。 
5）为保证系统计量准确，应有防雷击设施，衡器附近电焊作业时，严禁借秤台作零线接地用，以防损坏电器元件。 
6）对于安装在野外的地中衡，应定期检查基坑内的排水装置，避免堵塞。 
7）要保持接线盒内干燥，一旦接线盒内有湿空气和水滴浸入，可用电吹风吹干。 
8）为保证衡器正常计量，应定期对其进行校准。 
9）吊装计量重物时，不应有冲击现象；计量车载重物时，不应超过系统的额定秤量。 
10）汽车衡轴载与传感器容量、传感器支点距离等因素有关。一般汽车衡禁止接近最大秤量的铲车之类的短轴距车辆过衡。 
11) 司磅操作人员和仪表维护人员均需熟读说明书及有关技术文件才能上岗操作。