上海實(shí)潤(rùn)為大家科普汽車衡的基本知識(shí)

汽車衡是從事汽車衡器行業(yè)的人Z熟悉的衡器，也是使用廣泛的衡器之一。有關(guān)汽車衡的文章是雜志上刊登Z多的，但是在實(shí)際運(yùn)用時(shí)用戶和從業(yè)者往往由于對(duì)汽車衡是否違背衡器使用的基本原理上不夠重視，從而造成了不少誤解和錯(cuò)誤。

汽車衡是戶外常用的大型衡器，使用環(huán)境相對(duì)比較惡劣。由于要滿足不同重量的各類車輛的稱重要求，使得汽車衡在結(jié)構(gòu)、尺寸上的要求也各不相同。此外，因?yàn)榉Q重時(shí)單個(gè)車輪或車輪組承載器的作用，往往集中在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)，使得承載器的受力極不均衡，導(dǎo)致衡器的偏載不一致，對(duì)其稱重結(jié)果的影響十分明顯。

汽車衡主要包括：承載器（稱重臺(tái)）、傳感器、稱重顯示器、限位或約束裝置。

一、承載器

承載器俗稱秤臺(tái)。汽車衡的承載器由于要滿足各種類型車輛的不同要求，除量程不同外，秤臺(tái)尺寸的差異也極大。承載器可分為：?jiǎn)纬优_(tái)、雙秤臺(tái)和多秤臺(tái)等多種型式，用以滿足不同的稱重要求。

由多個(gè)秤臺(tái)組合的增長(zhǎng)型秤臺(tái)，它的每個(gè)單獨(dú)的稱重段，實(shí)際上就是一個(gè)獨(dú)立的秤。每一稱重段都有其額定的載重量，組合后的整個(gè)秤體，也有其總的載重量。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，整秤的載重量并不等于分段秤的載重量之和。整秤的載重量定義為：能夠在秤臺(tái)上稱重的Z大總載荷，即為整個(gè)秤臺(tái)上均勻載荷的總重量。分段載重量為：?jiǎn)屋S和軸組在分段秤臺(tái)上的Z大載荷量。在使用中我們往往會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使車輛的總重量和軸重都不超過(guò)汽車衡的Z大載荷值，秤臺(tái)也會(huì)受到結(jié)構(gòu)性的損壞。為此一些廠家通過(guò)增大衡器的標(biāo)稱載荷，來(lái)避免汽車衡的結(jié)構(gòu)性損壞。

這些問(wèn)題表明 OIML R76 建議的規(guī)定和內(nèi)容已不能滿足汽車衡技術(shù)的指標(biāo)。從 1980 年開(kāi)始，很多專業(yè)人士就對(duì)汽車衡的技術(shù)要求進(jìn)行了進(jìn)一步研究，提出了描述汽車衡的三個(gè)技術(shù)指標(biāo)，它們分別是：標(biāo)稱稱重，分段稱重的額定值和集中載荷值（CTC），其中 CTC 是Concentrated Load Capacity 的縮寫。在美國(guó)專業(yè)人士提出為了滿足 CTC 的要求，承載器的強(qiáng)度需根據(jù)美國(guó)橋梁強(qiáng)度的要求來(lái)設(shè)計(jì)。因此，美國(guó)是Z早在檢定汽車衡的條款中增加 CTC 試驗(yàn)的國(guó)家。汽車衡的每個(gè)“分段”，實(shí)際上都是每個(gè)獨(dú)立的稱重單元。對(duì)于多秤臺(tái)的汽車衡，檢定時(shí)不僅需對(duì)整體衡器進(jìn)行標(biāo)稱載荷試驗(yàn)，還需對(duì)各個(gè)分段進(jìn)行偏載試驗(yàn)、量程試驗(yàn)和 CTC 試驗(yàn)。由于整體衡器的標(biāo)稱載荷量不等于分段載荷量之和，這樣就使得在稱量不同車輛的重量

時(shí)，稱重結(jié)果的表述也不會(huì)相同。例如圖 1(a)中，由于對(duì)集裝箱汽車衡稱重時(shí)，集裝箱拖車前后輪組件間的分段秤臺(tái)并不承重，所以集裝箱的重量只由受力的兩個(gè)分段秤臺(tái)決定，因此誤差也只由這兩個(gè)承臺(tái)來(lái)決定。另外一種情況是，如果秤的長(zhǎng)度比車輛長(zhǎng)很多，甚至車輛的長(zhǎng)度只為秤體長(zhǎng)的一半，那么為了能合理使用多分段汽車衡，可通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇所需的分段，以適應(yīng)不同車輛稱重的要求，提高測(cè)量精度。

由于汽車衡的載荷只集中在輪軸和軸組上，因此會(huì)在承載器上造成極不均衡的受力，這與普通的平臺(tái)衡器受力情況有很大差別。例如，

兩軸車輪的后軸的重量明顯超過(guò)前軸，前后軸的承重之比Z低也為3:2，假設(shè)整車重量為 100t，后輪的承重至少為 60t。對(duì)于標(biāo)稱量程為 100t 的平臺(tái)秤來(lái)說(shuō)，平均而言滿載時(shí)，每只傳感器受力約為 25t，此時(shí)使用Z大量程為 35t 和 40t 的傳感器可滿足要求，不過(guò)因?yàn)槠嚭夂筝S的重量至少應(yīng)為 60t，所以以上選用的傳感器顯然不能滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)汽車衡來(lái)說(shuō)，軸重或軸組承重是選擇衡器的依據(jù)，一般而言多分段汽車衡，分段Z大載荷之和均大于該秤的標(biāo)稱載荷，而 CTC值又大于分段的Z大載荷。

尤其要注意的是，分段汽車衡的偏載試驗(yàn)若按照 OIML R76 建議規(guī)定的偏載試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于承載器的承點(diǎn)數(shù)?? ≥ 4的衡器，在每個(gè)支承點(diǎn)上施加的偏載，為該衡器標(biāo)稱載荷的1?? − 1⁄ 是不對(duì)的。因?yàn)槊總€(gè)分段的獨(dú)立的稱重單元，稱重時(shí)各個(gè)承載器的受力互不影響，所以多分段汽車衡的偏載試驗(yàn)，應(yīng)對(duì)各分段單獨(dú)做試驗(yàn)，按Z大載荷等于分段的Z大額定載荷的13⁄ 來(lái)對(duì)各支點(diǎn)進(jìn)行加載。為了節(jié)省傳感器，分段汽車衡兩個(gè)相連的承載器可以共用兩個(gè)傳感器。由于兩個(gè)承載器在受力時(shí)共同加載在相同的傳感器上，如果兩

個(gè)秤臺(tái)聯(lián)合受力的設(shè)計(jì)不好，會(huì)明顯的相互影響造成誤差，但是一般廠家對(duì)此問(wèn)題不夠重視。

二、傳感和限位

用于汽車衡的傳感器主要是由應(yīng)變式的柱式傳感器或雙剪切梁式傳感器組成。其中，歐洲國(guó)家多采用柱式傳感器。而北美國(guó)家多采用模塊化的雙剪切梁傳感器。

限位器不僅是汽車衡，而且可以說(shuō)是所有衡器極其重要又*的部分。限位器的功能是保證在稱重時(shí)，傳感器始終能正確受力。

限位器可分為兩類：

制動(dòng)（Constrainer）

制動(dòng)裝置用強(qiáng)制性手段保證傳感器的正確受力位置不變，并能消除水平和垂直干擾力，以確保無(wú)“分流力”。制動(dòng)裝置不允許在約束方向上有任何移動(dòng)，該裝置在整個(gè)稱重過(guò)程中均起作用。

限位（Stop）

限位器是限定承載器在稱重過(guò)程中允許移動(dòng)的范圍，并在稱重時(shí)使承載器能恢復(fù)到正確的工作位置，達(dá)到保證承載器能準(zhǔn)確稱重的目的。通常當(dāng)車輛進(jìn)入秤臺(tái)時(shí)，汽車衡使用“碰撞”式限位，限制秤臺(tái)移動(dòng)范圍。稱重時(shí)限位器不再與基礎(chǔ)接觸，并恢復(fù)到稱重位置，以避免限位器對(duì)稱重力的分流。所以說(shuō)稱重時(shí)，限位器不再起作用。

使用柱式傳感器，除需外加傳力結(jié)構(gòu)以保證傳感器的正確受力外，還要安裝合適的限位裝置。

雙剪切梁式組件，其自身就具有限位和自復(fù)位功能，對(duì)秤體因受力而產(chǎn)生的形變具有自適應(yīng)能力，能抵抗偏載、側(cè)向和扭力的影響，具有安裝簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好的特性，且不需要再加裝限位裝置。

*一個(gè)物體具有六個(gè)自由度，三個(gè)平移、三個(gè)旋轉(zhuǎn)。承載器一般被視為二維系統(tǒng)，它具有三個(gè)自由度，兩個(gè)平移、一個(gè)旋轉(zhuǎn)，它的限位只需要對(duì)這三個(gè)自由度進(jìn)行限位。在實(shí)際中，我們往往會(huì)發(fā)現(xiàn)很多人希望通過(guò)使用四個(gè)或者更多的限位器，以期達(dá)到“提高”限位效果的做法是錯(cuò)誤的，因?yàn)榘凑樟W(xué)的基本原理可知，當(dāng)約束條件超過(guò)系統(tǒng)的自由度時(shí)，這樣的系統(tǒng)稱為“超靜系統(tǒng)”。實(shí)際上使用過(guò)多的限位裝置，往往適得其反，會(huì)造成附加的干擾力和分流，甚至?xí)?ldquo;卡死”，所以一個(gè)二維系統(tǒng)只需合理的設(shè)置三個(gè)限位裝置就足夠了。

我認(rèn)為將傳感器組件用于汽車衡是比較理想的。“碰撞”式和拉桿式限位，不僅對(duì)溫度變化敏感，且不易調(diào)節(jié)。

三、汽車衡的檢定

汽車衡的檢定是一件費(fèi)力、費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢的工作。除按 OIML R76建議的規(guī)定試驗(yàn)外，還應(yīng)增加分段載荷額定值和集中載荷 CTC 值的檢定。由于汽車衡在戶外使用，不僅環(huán)境惡劣，而且往往還不具備按檢定規(guī)程要求的條件，所以多年以來(lái)不斷有人探討和研究汽車衡的“無(wú)砝碼檢定”。尤其在中國(guó)就曾有很多人提出過(guò)不少方法，但我認(rèn)為由于在理論和實(shí)際操作方面還存在原理方面的問(wèn)題需要探討，且實(shí)際運(yùn)用中也有不少問(wèn)題需要解決，特別是現(xiàn)有的方法不能滿足汽車衡檢定的全部要求，因此“無(wú)砝碼檢定”并未得到廣泛的運(yùn)用和認(rèn)可。

事實(shí)上一種新的檢定方法應(yīng)該是有嚴(yán)密的理論為依據(jù)，且不需要對(duì)原被檢裝置增加更多的附加條件、操作方便的方法，同時(shí)檢定結(jié)果還必須能得到旁證。對(duì)于汽車衡的檢定方法簡(jiǎn)單的旁證就是能否與砝碼檢定的結(jié)果一致，另外一種更有說(shuō)服力的方法是用同一檢定方法，同時(shí)分別對(duì)兩臺(tái)汽車衡檢定，看它們對(duì)同一載荷的結(jié)果是否一致，如果不一致能否說(shuō)明其中的原因。

我認(rèn)為就目前所知的“無(wú)砝碼”檢定方法還不能*替代砝碼，“無(wú)砝碼”檢定還需進(jìn)一步研究和探討。國(guó)外很少有關(guān)于“無(wú)砝碼”檢定的文章，即使使用數(shù)字傳感器或相類似的方法，用“無(wú)砝碼”檢定時(shí)也需要增添附加的規(guī)定、要求和說(shuō)明。在國(guó)外基本上是用檢衡車對(duì)汽車衡進(jìn)行檢定，使用檢衡車不僅方便、省時(shí)，且作為標(biāo)準(zhǔn)器的檢衡車的精度也能夠保證，使得檢定時(shí)操作的一致性更有保證。我認(rèn)為中國(guó)應(yīng)在條件許可的地方對(duì)汽車衡使用檢衡車檢定。

四、稱重顯示器

汽車衡稱重顯示器與一般非自動(dòng)衡器的顯示器沒(méi)有太大差別。汽車衡的稱重顯示器由兩個(gè)部分組成：一是用于測(cè)量重量的計(jì)量部分；另一是能滿足用戶使用的功能要求的部分。功能部分的顯示器更新很快，從Z初簡(jiǎn)單接口，到現(xiàn)如今能滿足互聯(lián)網(wǎng)、物流和工程控制各種需要的功能。

測(cè)量部分：由于使用了Σ − ?變換器，使得測(cè)量精度有大幅度提高。然而從測(cè)量原理上講，自從引入了“六線制”和“比例測(cè)量技術(shù)”，至今沒(méi)有本質(zhì)上的進(jìn)步，“六線制”大幅度降低了因傳感器引線過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的溫度影響。“比例測(cè)量”法，則大幅降低了對(duì)供橋電壓長(zhǎng)期穩(wěn)定性的要求。

Σ − ? ??⁄??轉(zhuǎn)換器的量比精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前的積分式??⁄??轉(zhuǎn)換器。Σ − ? ??⁄??器件的量化值可高達(dá)1024??????，使得顯示器具有*的內(nèi)分辨，從而也造成顯示器技術(shù)指標(biāo)表示的混亂。

五、汽車衡的技術(shù)指標(biāo)

確定汽車衡的技術(shù)指標(biāo)一共有三項(xiàng)：

• 標(biāo)稱載荷（Nominal Capacity）：能夠加載的總負(fù)債值。負(fù)載是平均分布在整個(gè)臺(tái)面上的。

• 分段載荷（Sectional Capacity）：在分段加載試驗(yàn)時(shí)，除在每個(gè)承載段上加載，還需在承載段跨距中間加載。

• 集中載荷（Concentrate Load Capacity），簡(jiǎn)稱為 CDC，為秤臺(tái)Z大集中載荷的設(shè)計(jì)值，它是由廠家決定的，它與標(biāo)稱載荷之間應(yīng)滿足以下關(guān)系：

標(biāo)稱值≤ ?????? × (?? − 0.5)，

其中 N=秤的分度數(shù)。

美國(guó)要求根據(jù)對(duì)橋梁毛載荷設(shè)計(jì)的公式B，確定秤橋跨距的強(qiáng)度，以便能滿足軸重和軸組重對(duì)秤橋加載的安全要求。由于 CTC 只由廠家決定，根據(jù) CTC 設(shè)計(jì)值來(lái)決定該汽車衡的標(biāo)秤載荷值，所以標(biāo)秤載荷不得超過(guò)分段載荷之和。汽車的重要主要集中在輪軸和軸組上，汽車衡在稱重時(shí)，承載器上的受力是極不均勻的。一臺(tái)汽車衡的技術(shù)指標(biāo)不僅是由標(biāo)秤載荷確定，更是由分段載荷確定。由于汽車衡的重量主要集中在車廂部分，對(duì)兩輪車來(lái)說(shuō)，后輪承重的重量就比前輪大很多，因此在實(shí)際使用時(shí)，被稱車輛的Z大軸重或軸組重不得超過(guò)分段載荷規(guī)定的重量。對(duì)汽車衡的性能的評(píng)價(jià)，應(yīng)依照上述三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行。通常大多數(shù)生產(chǎn)廠家只給出Z大稱量 Max，分度值 e 或分度數(shù) n，但這樣做顯然是不夠的。

六、結(jié)束語(yǔ)

通常用戶希望所使用的汽車衡，無(wú)論是稱量較重的車輛還是稱量較輕的車輛，誤差都是Z小的，要求在使用時(shí)能給出 10Kg，甚至更小的示值，其結(jié)果使衡器的分度數(shù) n 大到不可能的量級(jí)。