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衡器知识

第一篇      与衡器有关的物理常识

一、力的概念

Ø            凡是能使物体或粒子动量发生改变而获得加速度或者使物体发生变形的作用就称为力。

Ø            实践证明：

力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点，这三个方面称为力的三要素。

力的三要素中有一个改变了，力的作用效果也就随着改变。

Ø            根据作用方式不同，力可分为：

重力、弹性力、摩擦力、电力、磁力等。

Ø            牛顿三定律：

如果物体没有受到外力的作用，那么，这个物体就保持自己的静止状态或匀速运动状态；物体受到外力时，物体所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同；物体受到外力作用时，该物体同时向外力施加一个大小相等、方向相反的力，这个力叫反作用力，作用力与反作用同时产生、同时消失，在同一直线上，且大小相等、方向相反。

二、合力

当物体受到几个力作用时，可求出这样一个力，这个力产生的作用与原来几个力的共同作用相同，我们把这个力叫做那几个力的合力。

三、质量和重量

Ø            质量和重量的关系可以表示为：

W=mg         m：

质量     g：

重力加速度

Ø            质量与重量的区别：

①重量是物体所受地球重力大小的量度，它是地球引力与因地球自转而作用在物体上的惯性离心力合力的量度。

质量是物体所含物质多少的量度。

②物体在运动速度远远小于光速时，物体的质量是个恒量，不受时间、地理位置变化的影响，只有大小，没有方向，如天平、台秤、地秤等衡量的结果是物体的质量。

重量则随地理纬度和海拔高度而异，如弹簧秤衡量的结果是重量。

第二篇      汽车衡基础知识

第一节         汽车衡的组成及工作原理

一、  汽车衡的工作原理

被称重物或载重汽车停在秤台上，在重力的作用下，秤台将重力传递至传感器，导致附着在传感器上的弹性体发生变形，则弹性体应变梁上的应变电阻片及桥路失去平衡，输出与重量数值成正比的电信号，经线性放大器将信号放大，再经A/D转换为数字信号，由仪表内的微处理机对重量信号进行处理后直接显示重量数。

配置打印机后，即可打印称重数据；如配置计算机，可将计量数直接输入称重管理系统进行综合管理。

二、  电子汽车衡器的组成

Ø        承重和传力部分：

将物体的重量传递给称重传感器的全部装置，包括称重台面、吊挂连接单元、安全限位装置、地面固定件和基础设施等。

Ø        称重传感器：

介于秤台和基础之间，将被称物的重量转换为相应的电信号，经信号电缆输出至称重显示仪表进行称量的测试。

Ø        显示仪表：

用以测量称重传感器输出的电信号，经对电信号处理后，以数码形式输出数据。

Ø        电源：

主要指向称重传感器提供的桥路激励电源和仪表线路工作的电源。

SCS系列电子汽车衡主要由秤台、传感器、连接件、限位装置、显示仪表及接线盒等零部件组成，还可以选配打印机、大屏幕显示器、计算机和稳压电源等外部设备。

限位器的作用主要是保证称量结果准确、误差小（即使有强烈冲击或飓风等横向力的作用也能使秤安全工作）。

限位器主要是防止秤台横向移动和左右晃动幅度。

三、电子汽车衡器的特点和主要用途

SCS汽车衡器与传统的机械衡器、其它地上衡器相比，有很多显著的优点：

如称量迅速、准确、灵敏度高，数字显示、直观易读，稳定性、可靠性强，寿命长久，特别是在危险、恶劣环境下，更能体现电子衡器的作用。

整个汽车衡器系统有稳定可靠的高精度传感器和智能化仪表显示，仪表有高灵敏度、高分辨率、稳定可靠、便于打印的优点，如果与计算机、称重软件组成称重管理系统，还能够实现称重的远距离传输、集中自动化管理。

SCS汽车衡的秤体系统也有很多优点，比如：

秤体重量轻（平台为超薄型钢结构），便于安放、搬运，安装调试和维护很方便，可以采用浅基坑和无基坑2种安装形式，基础施工投资费用低。

SCS汽车衡一般用于港口、机场、矿山、冶金、工厂企业等大宗载重货物车辆的称重计算。

四、型号规格

电子汽车衡通常用：

SCS-×××表示，其中：

第一个S代表地上衡；C：

代表传力结构—传感器；第二个S代表数字显示；后面的“×××”代表最大称量。

比如：

SCS-80，表示80吨的电子汽车衡。

五、汽车衡的功能介绍

（1）显示功能

一般能显示以下内容：

毛重、净重、皮重、超载报警或显示，有的衡器还可以显示以下内容：

称重次数、日期、时刻、车号、类别等。

（2）有处理功能

包括：

分度值、分度数设定；量程设定；打印记录等，有的汽车衡还可以根据用户要求有皮重记忆、净重分类及累计、日报打印单据、月报打印单据、金额计算、体积计算等处理功能。

六、  现代电子衡器的发展趋势

称重传感器向高准确度、高稳定性及环境适应性更强发展，同时，使用方便、价格成本下降。

微电子技术的应用，使数据处理能力不断增强，单台秤的可靠性提高，同时形成分布式称重集中数据管理系统，具有自适应自诊断及对即将发生的故障具有预警功能的电子衡器也会出现。

第二节     秤体结构

一、A型结构采取框架型结构，该结构由直接外购的型钢焊接而成，工艺简单，成本较低，技术含量低，是一种不合理结构。

一般该种结构采用纵向6根主梁组成，主梁与主梁之间间距较大，间距间的台面无支撑点，车辆行驶时，必须严格沿着秤台的中心线行使，保证车轮压在内主梁上，不能跑偏；如果车辆跑偏，车轮没有压到纵向承重梁上，秤台表面会变形弯曲，导致开焊，影响秤重使用。

特别是该秤不适用于地中使用。

若在地中使用，车辆一旦横向压过，中心台面就会立即下陷，秤台变形。

二、B型结构采用U型钢做纵梁的结构方式，该结构纵向一般采用6-8根U型纵梁，一根U型纵梁有2条直边，相当于A型结构的两根纵梁，因此B型结构的承重纵梁一般在6*2至8*2之间。

他们之间的间距平均不大于30公分，远远小于双排车轮的宽度，因此任何车辆在该秤台上，无论横向、纵向行驶，均不会将秤台台面压陷，而且该结构U型槽与台面为满焊工艺，从而使U型槽与台面形成一种箱体结构，使得车辆无论如何行驶，台面均平整不会变形。

第三节     传感器

一、            称重传感器的结构

Ø      应变电阻片。

Ø      弹性体。

弹性体的功能有2个：

首先，它承受传感器所受到的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，使附着在表面的应变电阻片比较理想的产生变形。

Ø      检测电路：

功能是将电阻变化转换为电压输出，检测电路常用惠斯登电桥，因为惠斯登电桥具有很多优点：

可以抑制温度变化的影响；可以抑制侧向力干扰；可以比较方便的解决传感器的补偿问题等。

二、            传感器常用技术参数

Ø      额定容量：

生产厂家给出的传感器称量范围的上限值（单位是t，kg或g）。

Ø      额定输出（灵敏度）加额定载荷和无载荷传感器输出信号的差值。

由于传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以额定输出的单位以Mv//V来表示，称为灵敏度。

Ø      灵敏度允差：

传感器实际额定输出与标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。

Ø      非线性：

称重传感器进程校正曲线偏离直线的偏差。

Ø      输出阻抗：

电源激励输入端短路，传感器未加载荷时，从信号输出端测得的阻抗。

Ø      绝缘阻抗：

传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。

Ø      蠕变：

在负荷不变的情况下，秤重传感器输出随时间的变化。

Ø      使用温度范围：

传感器在此温度输入阻抗：

信号输出端开路，传感器未加负荷时，从电源激励输入端测得的阻抗值。

Ø      输出阻抗：

电源激励输范围内使用，其任何性能参数均不会产生永久性有害变化。

三、  传感器选用的一般规则

1、结构型式的选择

选用何种结构型式的传感器，主要看衡器的结构和使用的环境条件。

如果制作低外形衡器，一般应选用悬臂梁式或轮辐式传感器；若对外形高度要求不严，则一般采用柱式传感器；如果使用环境很潮湿或者有很多粉尘，则应该选用密封较好的传感器；如果在有爆炸危险的环境下使用，则应选用安全度较高的传感器；如果在高架称重系统中使用，则应考虑安全及过载保护；如果在高温环境下使用，则应选用有水冷却护套的传感器；如果在高寒环境下使用，则应考虑使用有加温装置的传感器。

在型式选择中，还有一个要考虑的重要因素：

维修的方便与否及所需费用，即一旦秤出了问题，是否能方便、迅速的获得零部件，如果不能，说明选择的传感器型号不合适。

2、量程的选择

秤的称量值越接近传感器的额定容量，则其称量准确度越高，但在实际使用时，由于存在秤体自重、皮重及振动、冲击、偏载等情况，因而不同的秤选用传感器量程的原则不同，一般来说，遵循以下原则：

Ø      单传感器秤：

固定载荷（秤体、容器等的重量）+变动载荷（需称量的载荷）≤传感器额定载荷×70%；

Ø      多传感器静态秤：

固定载荷（秤体、容器等的重量）+变动载荷（需称量的载荷）≤传感器额定载荷×70%×传感器个数。

需要说明的是：

首先，所选择传感器的额定容量应符合传感器供货单位的标准，否则，选择了非标准产品，不但价格高，而且损坏后难以更换；其次，在同一秤上，不允许使用额定容量不同的传感器，否则该系统不能正常工作；再次，所谓变动载荷（需称量的载荷）是指加于传感器的真实载荷，若从秤台到传感器之间的力在传递过程中，受到外力的影响，则称重不准确。

3、准确度的选择

传感器准确度等级的选择，只要能够满足秤准确度等级的要求即可。

即若2500分度的传感器能满足要求，切勿选用3000分度的。

四、传感器的安装、调试与维修

1、传感器的安装

Ø        要轻拿轻放，尤其是对于用铝合金材料制造弹性体的小容量传感器，任何冲击、跌落，对传感器本身的性能都会造成极大损害；对于大容量的传感器，一般来说有较大自重，故而要求在搬运、安装时，尽可能使用适当的起吊设备（如手拉葫芦、电动葫芦等）

Ø        水平调整：

单个传感器安装底座的安装平面要用水平仪调整水平；多个传感器安装底座安装平面要尽量调整到一个水平面上（相对误差在3-5毫米），目的是使各传感器承受的负载基本一致。

Ø        每种传感器的受力方向都是确定的，使用传感器时，一定要在受力方向上加载，横向力、侧向力等非受力方向上加载，应避免。

Ø        尽量采用有自动定位（或自动复位）功能的传感器，如含有球形轴承、关节轴承、定位紧固器等，这样的传感器可以防止某些横向力作用在传感器上。

Ø        传感器周围应设置一些档板，或者把传感器罩起来，这样可以防止因进入赃物、灰尘等使可动部分运动不爽造成的影响称量精度的现象。

判断可动部分是否运动不爽，可以用以下方法：

在秤台上增加或减少千分之一的额定负荷，如果显示仪表有反映，说明可动部分运转正常。

Ø        传感器虽有一定的过载能力，但在秤的安装过程中，应防止传感器超载，即使是短时间的超载也会造成传感器损坏，所以在安装过程中，可以先用一个和传感器等高度的垫块代替传感器，最好放平后，再安装传感器。

Ø        传感器在使用中，应注意以下问题：

传感器应采用绞合铜线形成电器旁路，以保护传感器免受电焊、电流或雷电的危害；避免接受强烈的热辐射，尤其是单侧的强烈热辐射。

2、电气连接

Ø        传感器的信号电缆，不能和强电电源线或控制线并行布置（如不能把传感器信号线和强电电源线及控制线放在同一管道内），如果必须并行布置，那么线与线之间的距离应保持在50厘米以上，并把信号线用金属管套好。

Ø        传感器信号线如果需要延长，应采用特制的密封电缆接线盒，如果不用此种接线盒，而采用电缆与电缆直接对接的方式，则应注意密封防潮，接好后应检验绝缘电阻，且达到标准（2000-5000M），必要时，重新标定传感器。

Ø        若信号电缆线很长，又要保证很高的测量精度，应考虑采用带有中继放大器的电缆补偿电路。

Ø        所有通向显示仪表或从仪表引出的导线，均应采用屏蔽电缆，屏蔽线的连接及接地应合理。

Ø        传感器输出信号读出电路不应和能产生强烈干扰的设备（如可控硅、接触器等）及有很大热量产生的设备放在同一箱体中，如果不能保证这一点，则应考虑在它们之间设置障板隔离之，并在箱体内安置风扇。

3、注意事项

①汽车衡在长期使用中，往往由于超载、冲击等原因，造成传感器塑性变形，影响计量准确度，所以需要更换传感器。

因为传感器随着额定载荷的增大，其输出的微伏/分度信号是减少的，而不是增大，所以，在更换传感器时，应尽可能用和原来一样载荷的传感器。

若想更换更大载荷的，就要注意显示仪表量程是否可调，如果不可调，会因为额定载荷大而输出的微伏/分度信号小不能满量程输出、显示、拨码调整达不到目的而不能使用；如果可以调整，则按说明书要求设定和调试，同时也不要使额定载荷过大，否则会因为输出的微伏/分度信号过小，容易降低秤的灵敏度。

②更换传感器后要经过检定合格，才能使用。

五、传感器的配套件

①    连接件：

连接件是一个传力装置，作用是把外力传递到传感器上，若传感器受到的力不在其设计的承载主轴线上，它将会承受到该力产生的横向分力的作用，这会导致0.3%的误差产生，这个误差是很大的。

所以，一般要求连接件在受垂直力作用后能正确把外力传递到传感器上，同时还能够复位。

②    接线盒：

接线盒是传感器采用全并联方式连接的一个配套件，其目的是使各传感器的输出信号相同。

我们知道：

在有N个传感器的秤上，各传感器能全并联工作的条件是：

S1/R1=S2/R2…=SN/RN，其中：

S是各传感器的灵敏度，R是各传感器的输出阻抗，意思是各传感器的灵敏度与其输出阻抗之比相等时，各传感器才能并联工作。

众所周知，在传感器的生产过程中，要使每只传感器的灵敏度和输出阻抗都相同，是很难的，所以只能在安装现场进行微小的调整，这一工作就是在接线盒内完成。

其实，接线盒相当于一个无源电阻网络，它为每个接进来的传感器准备了一个精密的可调电阻，与传感器的输出端并联。

当调节盒内某个可调电阻时，相当于改变了这只传感器的输出阻抗。

这样，就使得秤所使用的每只传感器的输出阻抗在一个小范围内可以调整，从而使的并联工作的条件可以满足，这就是接线盒的原理。

六、传感器的分类

1、按结构形式分类：

柱式、桥式、轮辐式、悬臂梁式、板环式等。

Ø        柱式：

特点是结构简单、紧凑，易于加工，成本费用低，密封性能良好，对于潮湿环境很适用，可设计成压式或拉式的，可以承受很大的载荷；其缺点是位移量小、灵敏度低。

Ø        桥式：

传感器弹性体为桥式，其两端用两只螺栓紧固到下面的支撑体上，其弹性体与支撑体之间有一间隙，为弹性体的受力变形空间。

该类传感器的特点如下：

由于传感器与秤体之间的连接为要求很低的间隙配合，所以安装方便，维护简单，重复性好。

Ø        轮辐式：

高度低、精度高、抗偏心载荷和侧向力强。

Ø        剪切梁式：

该类传感器有以下特点：

输出信号不受称重点位置变化的影响；线性好、精度高；传感器受拉伸与压缩时，切应力的幅度与分布基本相同，即传感器的拉伸、压缩灵敏度基本相同，所以特别适用于同时受拉和压的测量；外形低、体积小、重量轻，易于安装和维修；结构简单易于密封；抗侧向力强。

Ø        板环式：

特点是输出灵敏度高、受力状态稳定、温度均匀性好、结构简单、易于加工，可制成拉压2种型号，对于0.5～30吨的拉压方式称重传感器，这种方式是很好的。

目前，我公司采用的传感器主要为桥式、柱式。

2、按传感器输出信号分类

Ø        模拟式：

输出信号为模拟信号。

Ø        数字式：

输出信号为数字信号。

新的传感器在不断涌现，以电阻应变式称重传感器为主的局面在改变，特别是小称量范围内的衡器，已经使用更有优越性的音叉振弦式传感器替代电阻应变式传感器，成为十分有发展前景的新产品。

它的优点是：

无需高稳定度的激励电源和A/D转换器等电子线路，体积小，不要预热，结构紧密、快速响应、批量生产成本低，生产工具简单。

第四节 仪表

一、仪表的作用

通过测量传感器的变化（电压或电流），测量出秤台上重物的重量，并以数字形式给出指示。

二、仪表的分类

1、A/D转换称重仪表：

该类仪表全部采用高分辨率高速率A/D数模转换器，并针对不同的用户需求提供不同功能各种全系列仪表，用户可根据自己的需要，选出最适合的产品。

2、数字称重仪表：

该类仪表配合数字式传感器使用，内置调校程序，可针对每一只传感器进行调试，比传统的调试方法更简单更高效更精确。

第五节 操作、维护与常见故障排除

一、允许轴载

过衡车辆的最大载荷，不允许超过秤的最大称量。

汽车衡允许过衡车辆的轴载按下表选择：

规格型号

SCS-10

SCS-20

SCS-30

SCS-50、SCS-60

SCS-80、SCS-100

允许轴载（吨）

7

12

20

25

30

注意：

轴载是汽车后轴（含轴组）总载荷。

汽车衡允许过衡轴线与传感器容量、汽车衡传感器支点距离等因素有关，一般汽车衡禁止接近铲车之类的短轴距车辆过衡。

二、操作

仪表开机先预热，一般为15分钟左右；下班停机，必须切断电源，不能在通电状态下插、拔传感器插头。

如果要变更仪表的设定参数和时间、日期等，详细操作及要求见各仪表产品使用说明书。

如果系统配置计算机、打印机、大屏幕显示器等外部设备，这些外部设备的操作和联机、维护见各自的产品说明书。

车辆驶上秤台时，要求车速低于5公里/小时，然后缓缓刹车，车辆停稳后计量，注意：

车辆应直线行使，并尽可能停在秤台中心位置。

三、日常检查与维护

汽车衡在使用过程中，需要加强日常检查与维护的主要是几个方面：

（1）秤体是否卡住；

（2）限位是否顶住；（3）传感器是否倾斜；（4）接线盒的接线是否松动；（5）仪表、计算机、显示器、键盘的连线是否牢固；（6）误操作，使皮重或毛重丢失。

具体来说，包括以下方面：

Ø        检查和调整台面水平。

因各方面原因，汽车衡使用时间长了，秤体台面都或多或少有些变形，使用的时间越长，变形越厉害，造成传感器的受力不一致，要改变这种状况，只靠电位器的调整是不够的（如果误差在20～30kg范围之内，可以用电位器调整），应首先调整传感器的高度。

需要注意，一个传感器调整了，其它传感器也会变化，要对几个传感器重复调整。

Ø        仪表使用注意事项：

（1）仪表只能使用单独的照明电源，严禁从三相四线中引线，且同一路电源中无产生干扰的其它设备；

（2）仪表电源应设置单独的地线；（3）秤台附近无干扰设备。

Ø        承重台是否合格的关键是：

四个传感器受力点对角线尺寸（对角误差在4mm以内），以及以中心线为基准左右偏差（在±1.5mm以内）和前后偏差（在±2mm以内）；

Ø        检查接线是否正确、有无松动、断线、短路等现象，如果发现，马上维修好；

Ø        秤台四周间隙内不得卡有石子、煤块等异物；

Ø        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，一般间隙2~3毫米；

Ø        连接件每半年保养一次，支撑头涂上黄油；

Ø        经常打扫秤台台面，保持清洁，表面油漆应定期重新刷涂（建议每年1次）；

Ø        禁止在秤台上进行电弧焊作业，如果必须在秤台上进行电弧焊作业时，应注意以下几点：

断开信号线和仪表的连接；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；不可以使传感器成为电弧焊回路的一部分。

四、仪表保养

Ø        检查各接线是否松动、折断，接地线是否牢靠；

Ø        保持接线盒内干燥，盒内干燥剂要定期更换，一旦接线盒内有湿空气和水滴进入，可用电吹风吹干。

Ø        操作人员和维护人员需经过专门培训才能操作和维护。

Ø        更换仪表PCB板：

对于使用比较频繁的汽车衡，一旦仪表损坏，一时又难以找到故障，为不影响使用，可以更换仪表PCB主板（建议用户购买汽车衡时同时购买一块PCB板备用）。

更换PCB板的步骤是：

（1）          切断仪表电源；

（2）打开仪表，断开PCB主板上所有接插件，并记录下接插件的位置；（3）卸掉 

固定PCB主板的螺钉，取下主板；（4）将备用主板安装上并接好插件；

②    日常故障处理

Ø        首先要查找汽车衡的故障，最简便的方法就是借助模拟器查找。

步骤是：

将接线盒与仪表的信号线

解脱，将模拟器的与仪表连接，接通电源。

如果仪表工作正常，说明故障在秤台上，如果仪表工作不正常，说明故障在仪表。

如果故障在仪表处，客户不能自己维修，必须通知公司专门的维修人员进行维修；如果客户需要紧急使用秤，用户可以自己更换PCB主板后使用，损坏的PCB板送专门人员维修。

Ø        秤台故障的分析：

首先检查接线盒，看有无水气侵入，如有水气，用酒精擦洗，然后用电吹风机吹干，

并清洁内部。

其次，查找接线有无短路。

在接线盒内用万用表测量屏蔽线与其它各线和秤台的电阻，有无泄漏和短路；同时检查各导线与地线或信号线外层不锈钢屏蔽线有无泄漏和短路，如果发现短路现象，则更换线路。

如果以上查找没有发现问题，则可以初步判断是传感器的故障。

查找传感器故障的步骤如下：

用万用表检查接线盒内正激励（+EX）和负激励（-EX）间的电阻值（在接线盒内通向仪表的信号线接线柱上测量），其阻值约等于400Ω/N（N为传感器个数）；或者用万用表测量总输出端的正输出（+Si）和负输出（-Si）之间的电阻，约等于2500Ω/K（K是截面数，一个截面有2个传感器），如发现阻值不对，则此传感器有故障，用此法继续查找其它有故障的传感器。

Ø        常见故障的分析与排除

故障现象

故障原因

排除方法

开机无显示

Ø        电源不通

Ø        PCB板损坏

Ø        正负激励短路

Ø        接线盒内积水

Ø        打印机或大屏幕损坏

Ø        检查电源、插头和各线路是否插牢或断线

Ø        更换或检修PCB板

Ø        重新连接正负激励线

Ø        把接线盒吹干，如还无显示，更换接线盒

Ø        更换或检修打印机、大屏幕等外部设备；

键盘无响应

更换或维修键盘

烧保险丝

传感器输入电阻变小，使激励电压负载加重

更换传感器

开机不显示正常毛重

Ø        传感器零点发生漂移

Ø        限位装置不当

Ø        重新设定

Ø        调整限位

打印机无法正常工作

打印机接插件接触不好

检查并维修好

数字漂移、闪烁

Ø        外接电源不稳定

Ø        接线盒内受潮

Ø        仪表故障

Ø        无良好接地

Ø        地基松动

Ø        接线盒内焊点虚焊

Ø        传感器接头处接触不良

Ø        用万用表检测稳压电源输出

Ø        将接线盒内吹干

Ø        更换连接插头

Ø        安装好接地线电阻，电阻＜4Ω

Ø        加固地基

Ø        仔细检查和处理每个焊点

Ø        重新焊好接头

小称量正常，载荷大时，显示值变小

传感器防