地磅秤臺(tái)制造質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品準(zhǔn)確度的影響因素探討

地磅是市場上應(yīng)用較多的大型電子衡器，有關(guān)地磅應(yīng)用研究的文章很多。高精 度汽車衡在計(jì)量準(zhǔn)確度方面仍然存在諸如段差、四角稱量不一致等問題，其誤差值不被用戶接受。 本文從秤臺(tái)的制造質(zhì)量入手，對(duì)影響地磅準(zhǔn)確度的秤臺(tái)制造質(zhì)量進(jìn)行了探討。

1.前言

地磅是由地磅秤臺(tái)（又稱為承載器）、稱重傳感器、電子稱重儀表三部分組成的。業(yè)界 普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是：儀表是地磅的大腦，負(fù)責(zé)地磅稱重?cái)?shù)據(jù)顯示、模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換、稱 量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽环Q重傳感器是地磅的心臟部分，確定了汽車衡的力電轉(zhuǎn)換、計(jì)量 準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)；秤臺(tái)是地磅的承載器，負(fù)責(zé)承載被測重量，并保證重量的傳遞過程中不影響地磅的計(jì)量準(zhǔn)確度。GB/T 7723《固定式電子衡器》典型模塊的誤差分配表中說明，稱重傳 感器的誤差分配系數(shù)是0.7，稱重指示器的誤差分配系數(shù)是0.5，連接件（包括承載器）的誤差分配 系數(shù)是0.5，就是要提醒設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者，承載器在衡器的整個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度是有影響的。

2.秤臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析

以目前較為流行的U型梁式地磅為例，見圖1，圖2.

由圖中可見，U型梁在橫向按照一定的間距均勻分布；秤臺(tái)的面板沿整個(gè)秤臺(tái)是均勻分布的；端 橫梁設(shè)置在秤臺(tái)的兩端，從結(jié)構(gòu)上講也是橫向左右對(duì)稱、縱向兩端對(duì)稱的，傳感器的安裝位置相對(duì) 于秤臺(tái)縱向來說，也是左右對(duì)稱的。所以說，秤臺(tái)是一個(gè)沿橫向左右對(duì)稱、縱向兩端對(duì)稱的結(jié)構(gòu).

3.傳感器受力分析

由于傳感器是放置在秤臺(tái)沿縱向左右對(duì)稱的位置，相對(duì)于秤臺(tái)縱向，左右相對(duì)位置的傳感器輸出 應(yīng)該是基本相等的。而在秤臺(tái)長度方向上，由于要設(shè)計(jì)地磅的縱向防撞裝置，還需要防止地磅秤臺(tái)在重軸車車輪上下秤臺(tái)時(shí)傾翻力矩過大使秤臺(tái)翹起損壞傳感器，并考慮基礎(chǔ)與傳感器安裝位置 的間隙，所以說在沿秤臺(tái)長度方向上安裝的傳感器，相鄰的稱重傳感器的輸出信號(hào)是不一定相等的， 需要視秤臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)來分析。以三節(jié)秤臺(tái)地磅為例，我們可以簡單的得出下列結(jié)論（見圖3):

1 一2點(diǎn)，3—4點(diǎn)，5 6點(diǎn)，7 8點(diǎn)的傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。

1278點(diǎn)，四只傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。

3456點(diǎn)，四只傳感器在加載前的初始零點(diǎn)輸出應(yīng)該是基本相等的。

(1，2，7，8)的傳感器初始受力零點(diǎn)輸出信號(hào)約是（3，4，5，6)的傳感器初始受力零點(diǎn) 輸出信號(hào)的二分之一。

當(dāng)衡器使用數(shù)字式稱重傳感器時(shí)，在校秤階段，可以通過稱重儀表很容易地檢査出傳感器的初始 信號(hào)輸出；即使使用模擬傳感器，也可以通過接線盒的線路調(diào)整單獨(dú)連接的某一只傳感器，這樣也 可以獲得各個(gè)模擬傳感器的初始信號(hào)輸出。

根據(jù)前面的分析，傳感器的初始信號(hào)輸出大小應(yīng)該符合各自的相互關(guān)系。當(dāng)然是存在相對(duì)誤差的.

這個(gè)誤差越小越好，一般要小于±20%。

各點(diǎn)傳感器輸出信號(hào)的相互誤差對(duì)于衡器的出廠校準(zhǔn)和現(xiàn)場安裝后的校準(zhǔn)，都是應(yīng)該達(dá)到的技術(shù)要求。

4.秤臺(tái)影響傳感器初始輸出信號(hào)的因素

由于秤臺(tái)是對(duì)稱設(shè)計(jì)的，傳感器的初始輸出信號(hào)大小，從理論上說應(yīng)該符合各點(diǎn)之間的相互關(guān)系。 但實(shí)際上往往存在較大的誤差，分析如下：

從設(shè)計(jì)上來講，地磅的整體秤臺(tái)設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是“整體剛性連接結(jié)構(gòu)型”，通過 連接螺栓和秤臺(tái)上的連接板，將三組（多組）秤臺(tái)緊密的連接在一起。二是獨(dú)立秤臺(tái)柔性設(shè)計(jì)，秤 臺(tái)之間通過銷釘和安裝板連接，相鄰的兩個(gè)秤臺(tái)發(fā)生變形時(shí)允許有一定的翻轉(zhuǎn)角，其相互影響量小。 這兩種方式，由于秤臺(tái)在制作過程中有變形，其傳感器的初始輸出信號(hào)是有差異的。

從校秤平臺(tái)或衡器基礎(chǔ)的各個(gè)傳感器安裝墩的水平高度一致性上講，一般的技術(shù)要求是各個(gè)基礎(chǔ) 墩的相互高度誤差為3mm，而生產(chǎn)廠內(nèi)的校秤平臺(tái)傳感器安裝的基礎(chǔ)高度誤差會(huì)更小一些，可以達(dá) 到1mm之內(nèi)。基礎(chǔ)墩高度的不一致，使每只傳感器的受力大小不一致，造成傳感器初始輸出信號(hào)有 差異。

端橫梁上各傳感器安裝板之間的安裝絕對(duì)高度差，如果制造中沒有做好高度定位，也會(huì)產(chǎn)生誤差， 其效果和基礎(chǔ)墩的高度誤差是一致的。

從秤臺(tái)的制造質(zhì)量方面分析，U型梁的厚度一般為6~10mm，制造廠有采用大型寬鋼板下料后折 彎制成，也有采用鋼帶直接下料后折彎制成的工藝。U型梁的開口上沿由于制造工藝不良會(huì)產(chǎn)生微 小的波浪灣，整體的U型梁在彎曲中及后續(xù)的存放中也會(huì)形成長度方向上的左右彎或者上下彎。由 于U型梁彎板采用的材料不同，彎曲產(chǎn)生的尺寸誤差不同，也會(huì)在U型梁中造成殘余應(yīng)力大小及分 布不均勻。

秤臺(tái)焊接過程中，U型梁需要和秤臺(tái)面板定位，其與秤臺(tái)面板的間隙希望越小越好。一是說明 U型梁上表面尺寸正確，另外焊接后的秤臺(tái)要求是秤臺(tái)在正常安裝后，上表面要凸起一定高度，對(duì) 秤臺(tái)施加預(yù)應(yīng)力使得秤臺(tái)加載后水平，也使秤臺(tái)在使用中不至于留有水漬而不利于汽車剎車，也便 于清掃秤臺(tái)和保持衛(wèi)生，所以需要用外力（壓力機(jī)或砝碼重物）壓下U型梁，致使其反方向變形， 然后再實(shí)施焊接過程。從技術(shù)上分析，首先將7根U型梁的各個(gè)單邊與秤臺(tái)面板焊接在一起，使應(yīng) 力充分釋放（必要時(shí)可以卸除壓力或重物），然后再焊接各個(gè)U型梁的另一邊，這樣整體秤臺(tái)的應(yīng) 力會(huì)小一些。也可以先焊接秤臺(tái)中間部分的U型梁，然后向兩邊擴(kuò)散焊接其余的U型梁。最不好的 工藝就是在秤臺(tái)受到壓力限制產(chǎn)生反向變形時(shí)，先焊接秤臺(tái)最外邊的U形梁然后向中間過渡焊接其 余U型梁。

5.秤臺(tái)制造質(zhì)量對(duì)衡器準(zhǔn)確度的影響

秤臺(tái)制造質(zhì)量不良，秤臺(tái)發(fā)生縱向或橫向變形，秤臺(tái)中殘留了大量的焊接殘余應(yīng)力沒有消除，當(dāng) 汽車輪軸行駛在地磅秤臺(tái)的不同位置時(shí)，秤臺(tái)的變形伴隨著應(yīng)力釋放，形變重復(fù)性就不好。而重 量的傳遞過程中伴隨著應(yīng)力釋放，重量的傳遞數(shù)值就會(huì)不準(zhǔn)確，造成電子汽車衡的稱量不穩(wěn)定，四 角誤差、段差超出用戶要求或標(biāo)準(zhǔn)要求。在校秤過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)四角誤差不易校準(zhǔn)，校一遍數(shù)據(jù)一 個(gè)樣；觀察傳感器的空秤輸出信號(hào)，也會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的狀態(tài)。

6.消除秤臺(tái)殘余應(yīng)力的方法

由前面的分析可知，理想的地磅秤臺(tái)制造完成后，在校秤階段，每只傳感器的初始信號(hào)輸 出應(yīng)該符合上述第3部分中傳感器受力分析結(jié)果。如果差異較大就要進(jìn)行消除應(yīng)力的處理。消除應(yīng) 力的方法有很多，下面介紹幾種比較簡單的方法。

6.1超載靜壓法

新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7723-2017《固定式電子衡器》中，增加了一條：當(dāng)衡器承受最大秤量 125%的載荷時(shí)，秤的各組成部件不應(yīng)發(fā)生永久變形或損壞，施加的時(shí)間是30分鐘，載荷均勻分布。 一方面可以檢査秤臺(tái)的材料選擇、焊接質(zhì)量、秤臺(tái)變形等，同時(shí)超載靜壓方法也是消除秤臺(tái)應(yīng)力的 好方法。在正常生產(chǎn)中可以根據(jù)施加載荷的大小，如1/2Max，3/4Max，Max等，來確定靜壓的時(shí)間。 通過施加載荷靜壓前后的傳感器輸出值的相對(duì)變化，來設(shè)定超載靜壓的時(shí)間和選擇載荷值。

6.2振動(dòng)時(shí)效法

采用激振器對(duì)秤臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)消除應(yīng)力，也是一種比較簡易的方法。由于激振器工作時(shí)噪音較高， 可以在施力點(diǎn)與秤臺(tái)的接觸處，設(shè)置一些隔音裝置。根據(jù)秤臺(tái)的尺寸、U型梁的厚度和高度、秤臺(tái) 的設(shè)計(jì)秤量，來設(shè)計(jì)激振器的大小、振幅、頻率、激振位置與激振力。同樣，工藝參數(shù)的設(shè)置需要 通過施加激振力前后傳感器初始信號(hào)輸出的變化，來判斷工藝參數(shù)的選擇是否合適。如果能采用應(yīng) 力測試儀進(jìn)行定量分析，則工藝參數(shù)的設(shè)置會(huì)更準(zhǔn)確。

6.3預(yù)加載校秤法

地磅在用戶使用地點(diǎn)安裝之后，可以首先檢査傳感器的初始信號(hào)輸出是否平衡，如果不平 衡，可以要求用戶用載重汽車先進(jìn)行多次過衡，否則調(diào)校完成的衡器也是不穩(wěn)定的，其原理與超載 靜壓法一致，使秤臺(tái)內(nèi)部的應(yīng)力充分釋放出來，可以增加衡器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

結(jié)束語：

本文闡述了地磅秤臺(tái)制造過程中，由于工藝設(shè)計(jì)不合理造成秤臺(tái)變形并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，它們對(duì)地磅的四角誤差、段差、零點(diǎn)穩(wěn)定性等都會(huì)產(chǎn)生影響。針對(duì)汽車衡安裝，對(duì)秤臺(tái)安裝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 提出了一些觀點(diǎn)，不當(dāng)之處請(qǐng)同行批評(píng).