1．柱式稱重傳感器

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、過(guò)載能力比較強(qiáng)、固有頻率高動(dòng)

態(tài)響應(yīng)快、安裝較方便、制造成本低。

缺點(diǎn)：抗側(cè)向和偏載能力較差（雙膜片結(jié)構(gòu)的較好）、

固有線性較差、稱重傳感器不易固定易旋轉(zhuǎn)。

柱式稱重傳感器由于以上的諸多優(yōu)點(diǎn)，目前在地磅（汽車(chē)衡）上使用的比較多，但是其缺點(diǎn)也不能回避。針對(duì)柱式稱重傳感器的抗側(cè)向和偏載能力較差的問(wèn)題，一些公司的產(chǎn)品樣本上專(zhuān)門(mén)推薦了“不影響計(jì)量性能”的偏載角度— 1 —，按照這些介紹資料，高 230mm的稱重傳感器按照偏載 5°，允許位移量是 20mm；

而一臺(tái)長(zhǎng)度 18m 的承載器，當(dāng)使用地點(diǎn)一年內(nèi)的環(huán)境溫度

變化在 60℃范圍內(nèi)時(shí)，按照金屬的線膨脹系數(shù)，長(zhǎng)度變化為：

( ) -6 11.3 10 50 - -10 18000 12.2 ×× × = ℃ ℃ ? ? ? ? mm mm

在實(shí)際應(yīng)用中，由于承載器都是由多段組成的，可能承載器的變化沒(méi)有如此大，但這起碼給設(shè)計(jì)者一個(gè)參考依據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的承載器長(zhǎng)度尺寸，不要因?yàn)闇囟茸兓?，使?圖 2 載器長(zhǎng)度變化超出稱重傳感器裝置單位給出的允許位移量，從而影響產(chǎn)品的的計(jì)量性能。

還出現(xiàn)一種情況，就是稱重傳感器在使用時(shí)會(huì)不斷微量旋轉(zhuǎn)，甚至?xí)㈦娎|線拉斷。為什么在汽車(chē)衡上安裝的柱式稱重傳感器會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象？在自動(dòng)軌道衡上使用的歷史比較長(zhǎng)了，而安裝現(xiàn)場(chǎng)很少出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象？這是因?yàn)樽詣?dòng)軌道衡的承載器一般長(zhǎng)度只有 3.7m～4m，其限位采用的是張拉式結(jié)構(gòu)，使得承載器在水平狀態(tài)基本處于不移動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)保證又不影響垂直力的作用。而地磅（汽車(chē)衡）的承載器長(zhǎng)度比較大，采用的限位裝置是水平狀態(tài)下允許承載器有一定的位移，這樣稱重傳感器也可能隨之晃動(dòng)。也就是在這種不斷的晃動(dòng)中，電纜線就不斷被纏繞到稱重傳感器上，直至被拉斷。第三個(gè)就是偏載分力的問(wèn)題，為什么使用柱式稱重傳感器的地磅（汽車(chē)衡）其段差（即是：偏載誤差）比較大？這里固然與承載器的加工帶來(lái)的“邊界條件”影響有關(guān)，但是從理論角度分析，由于熱脹冷縮影響使承載器兩端柱式稱重傳感器產(chǎn)生傾斜度大，從而帶來(lái)偏載分力，稱量量值越大造成的偏載誤差就越大。同時(shí)，這個(gè)分力還與稱重傳感器的高度有關(guān)，高度大的稱重傳感器相對(duì)影響量就小一些，高度低的相對(duì)影響量就大一些。

2．橋式稱重傳感器（如圖 3）

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)加載點(diǎn)變化不敏感、抗偏載性能好、

固有線性好、安裝方便、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)、

制造成本低。

缺點(diǎn)：重心較高、過(guò)載能力較差，大秤量的稱重傳感器難以達(dá)到高的準(zhǔn)確度等級(jí)。采用橋式稱重傳感器的長(zhǎng)承載器衡器，在使用過(guò)程中其球狀壓頭隨著承載器長(zhǎng)度變化，壓頭也在彈性體的球窩內(nèi)沿長(zhǎng)度方向滾動(dòng)，使作用力加載方向偏移，從而產(chǎn)生偏載。雖然此類(lèi)稱重傳感器的抗偏載性能比較好，但是位移量較大時(shí)也會(huì)影響一定的計(jì)量性能。為此筆者在 1991 年針對(duì)數(shù)字指示軌道衡產(chǎn)品承載器比較長(zhǎng)的狀況，考慮多只稱重傳感器受熱脹冷縮的影響因素，申請(qǐng)了一個(gè)實(shí)用新型的專(zhuān)利（如圖 4），將稱重傳感器上壓頭設(shè)計(jì)成兩種形式，一種是保留了原設(shè)計(jì)的球面形狀，用于中間四只稱重傳感器，起到定位作用；一種是按照球面的高點(diǎn)設(shè)計(jì)成平面形狀，用于端部的稱重傳感器，不論熱脹冷縮時(shí)承載器的長(zhǎng)度如何變化，可以保證其承載器上的作用力總是垂直作用于稱重傳感器上。

3．雙剪切梁吊環(huán)稱重傳感器

優(yōu)點(diǎn)：抗偏載性能好、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝麻煩、制造成本高、過(guò)載能力差、占用空間大，此類(lèi)產(chǎn)品也不宜制造大秤量結(jié)構(gòu)。這種形式的稱重傳感器在使用中，與以前機(jī)械杠桿秤的吊環(huán)繞刀子擺動(dòng)結(jié)構(gòu)一樣，作用點(diǎn)總是繞著稱重傳感器擺動(dòng)，始終將作用力垂直作用在稱重傳感器上，既是承載器熱脹冷縮的尺寸變化較大也不會(huì)影響計(jì)量性能。這種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)是作用力總是在稱重傳感器下面，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以美國(guó)在大型衡器上普遍采用此類(lèi)稱重傳感器，以下所選用的圖 5 就是在一臺(tái)大型衡器上截取的。

4．軸對(duì)稱扭環(huán)型稱重傳感器

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、高度低、重量輕、固有線性好、準(zhǔn)確度高、受載后底環(huán)無(wú)變形或變形很小幾乎沒(méi)有滯后、對(duì)于偏心載荷和側(cè)向載荷不敏感、輸入輸出阻抗大、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)。

缺點(diǎn)：安裝稍復(fù)雜、附件的制造成本較高。正是由于此類(lèi)產(chǎn)品的阻抗大，所以輸出信號(hào)大、功耗比較小，在歐洲多個(gè)國(guó)家習(xí)慣選用這種稱

重傳感器做汽車(chē)衡等大型衡器。筆者所見(jiàn)到多家公司在一臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)的汽車(chē)衡上，只使用四只此類(lèi)稱重傳感器支撐一個(gè) 18m長(zhǎng)、重 42t 的鋼筋混凝土承載器。如果使用于有沖擊載荷的環(huán)境下時(shí)，選用的上壓頭可以是專(zhuān)門(mén)制作的有緩沖層的結(jié)構(gòu)；如果使用于熱脹冷縮較大的承載器時(shí)，可以將壓頭的高度設(shè)計(jì)的高一些，

5．輪輻式稱重傳感器

優(yōu)點(diǎn)：抗偏載性和側(cè)向載荷能力強(qiáng)、過(guò)載能力強(qiáng)、不受加載點(diǎn)和支撐邊界影響、應(yīng)力發(fā)布均勻、線性好、稱重傳感器固定不旋轉(zhuǎn)。

缺點(diǎn)：機(jī)械加工難度大、制造成本較高、固有滯后大且不易控制。此類(lèi)稱重傳感器在我國(guó) 80 年代初中期，被大量使用于汽車(chē)衡類(lèi)的大型衡器上，但是由于其本身存在的機(jī)械加工問(wèn)題和滯后誤差等，被后來(lái)的懸臂梁稱重傳感器和橋式稱重傳感器所替代。

三、結(jié)論

從以上五類(lèi)稱重傳感器結(jié)構(gòu)可以清楚看出，只有柱式稱重傳感器彈性體在使用中是隨著承載器的晃動(dòng)而移動(dòng)的，即在安裝時(shí)垂直的稱重傳感器柱體，由于承載器長(zhǎng)度熱脹冷縮變化，稱重傳感器的柱體產(chǎn)生了偏移，也就使作用力產(chǎn)生了分力，從而稱重傳感器出現(xiàn)稱量誤差。而其他四類(lèi)稱重傳感器由于彈性體是固定的，當(dāng)熱脹冷縮影響承載器長(zhǎng)度變化和承載器晃動(dòng)，僅僅是其壓頭產(chǎn)生了偏移，作為傳遞作用力的彈性體是不會(huì)隨承載器的變化而移動(dòng)，使得在稱重傳感器上的作用力還能垂直傳遞，對(duì)汽車(chē)衡稱量性能的影響比較??；同時(shí)，由于彈性體不是隨承載器晃動(dòng)，彈性體也不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，電纜線就不會(huì)纏繞彈性體。