地磅是衡器應用中最為廣泛的產品之一，是大宗物料稱重計量和貿 易結算的主要計量設備，具有準確、方便、快捷的特點，廣泛應用于煤炭、冶金、建材、電 力、糧食等各行各業。應用在地磅中的稱重傳感器是核心部件，世界各國都有各自的 產品應用特點。本文的目的在于通過探討各國稱重傳感器在地磅中的應用情況，以便 讓讀者了解和掌握目前的應用現狀以及未來的發展方向。

一、前言

在我國，地磅是衡器應用中最為廣泛 的產品之一，是大宗物料稱重計量和貿易結算的 主要計量設備，具有準確、方便、快捷的特點。 廣泛應用于煤炭、冶金、建材、電力、糧食等各 行各業。

地磅主要由承載器、稱重顯示儀表 下簡稱儀表、稱重傳感器下簡稱傳感韓、連 接件、限位裝置及接線盒等零部件組成，還可以 選配打印大屏幕顯示器、計算機和穩壓電源等外 部設備。地磅的工作原理：被稱重物或載 重汽車置于承載器臺面上，在重力作用下，通過 承載器將重力傳遞至稱重傳感器，使稱重傳感器 彈性體產生變形，貼附于彈性體上的應變計橋路 失去平衡，輸出與重量數值成正比例的電信號， 經線性放大器將信號放大；再經A/D轉換為數字 信號，由儀表的微處理機CP!)對重量信號進行 處理后直接顯示重量數據。配置打印機后，即可 打印記錄稱重數據，前提條件是配置計算機可將 計量數據輸入計算機管理系統進行綜合管理。

稱重傳感器是將力學量值轉換成電學量的轉 換元件，能將作用在被測物體上的重力按一定比 例轉換成電壓或電流信號，其被稱為電子衡器中 的心臟部件?？茖W技術的飛速發展，由稱重傳感 器制作的電子衡器也已廣泛地應用到各行各業, 實現了對物料的快速、準確的稱量。特別是隨著 微處理機的出現，工業生產過程自動化程度的不 斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必 需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重 量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合 分配多種原料的配料系統、生產工藝中的自動檢 測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器,地磅也不例外。稱重傳感器依據轉換方式 分為：光電式、液壓式、電磁力式、電容式、電 阻應變式等8大類，電阻應變式稱重傳感器應用 最為廣泛，目前的電子汽車衡均采用電阻應變轉 換方式。

電子汽車衡一般按照稱量方式、安裝方式、 傳輸信號、使用環境、秤臺結構、自動化程度等 進行分類。本文主要針對靜態地磅而言,有關動態汽車衡又稱動態車輛自動衡韓中的 稱重板、軸重儀不做闡述。

二、我國地磅使用的各類稱重傳感器 電子汽車衡所使用的稱重傳感器一般分為剪切梁、雙剪切梁、柱式等三種結構。至于輪輻、 扭環等結構的傳感器在我國地磅使用很少。 這里就著重從三個常用結構來談。

1.剪切梁結構圖1、圖2、圖3

在我國現有的地磅使用中，剪切梁傳 感器的使用占有了一定的比例。主要是應用在一 些低量程段的地磅上。以5t和8t兩個量程 最為典型，一般使用在最大秤量為10t和20t的地磅。該產品以梅特勒-托利多公司的最為 典型，其優點在于偏心載荷的影響小，可以承受 大的側向力，剛性好，安裝高度低。但對于大量 程的該產品來講，安裝以及更換維護的難度較高。 例如：20t剪切梁傳感器固定螺栓的緊固力矩要達 到1200- 1500N*m,不是每一個使用者手頭都有適 用的扭力扳手，即使有的話，安裝空間和安裝條 件也使其在大扭力作用下很難操作。據查閱，托 利多公司早期提供的樣本資料中，該結構稱重傳 感器的最大量程在50t。目前，托利多公司所制造 的秤體上安裝20t剪切梁傳感器還比較多見。由于 地磅量程的不斷增大，該結構產品應用在 最大秤量30t以上的地磅中非常少見。

2.雙剪切梁結構

雙剪切梁稱重傳感器俗稱橋式稱重傳感器， 在我國地磅中應用最為廣泛。我國不但是 橋式傳感器的使用大國，也是橋式傳感器的制造大國。據不完全統計我國橋式傳感器的年產量至 少在100萬支以上。在我國應用最多最廣泛的橋 式傳感器為圖4所示產品，它源于日本久保田公 司。目前大多知名制造商都有該產品，例如國外 的梅特勒托利多、VISHAY,國內的中航電測、濟 南金鐘、柯力等都在制造和銷售。但由于激烈的 市場競爭，大多企業先后在該產品的基礎上進行 了改進，主要目的在于降低成本。產品計量性能 指標基本上與常規橋式稱重傳感器相當或甚至略 差一些。如圖5中的小橋式傳感器，它的改變在 于縮小了傳感器的幾何尺寸，取消了端部傳感器 與底座的連接螺栓，采用了一體化結構。如圖6 中的帶滾針橋式傳感器，它的改變也是縮小了相 關幾何尺寸，通過滾針結構降低產品的安裝高度, 進而縮減了底座的加工成本。如圖7所示的帶軸 銷橋式傳感器，它的改變在于兩端的螺栓連接改 為銷子，安裝高度降低，但底座的強度有嚴格要 求，且不易于做高量程的產品。據筆者查閱和了 解，該結構在韓國的地磅應用中較普遍。 如圖8所示的圓形橋式傳感器，圖8產品與圖5 類似，只是外形上稍作改動。曾在2006年韓國客 商將該圖發給筆者，但到2010年國內竟有廠家說 是自己的專利。

值得一提的是，無論上述橋式產品如何改進 或改型，但對于量程在40噸及以上的傳感器還是 采用兩端各用兩個螺栓將彈性體固定在底座上的 傳統橋式結構，據了解，在我國該結構的首創者 為航天部702所的劉九卿老師。傳統橋式傳感器 與改進和改型后的橋式傳感器有各自的優缺點， 孫登林老師在2010年的〈〈第九屆稱重技術研討會 論文集》中〈從橋式稱重傳感器的改進創新看傳 感器行業配套發展問題》一文做了詳細的描述， 同時劉九卿老師的相關論文和專業培訓內容中也 進行了詳細的分析，這里不做贅述。

3.柱式結構

大型載重汽車的發展導致電子汽車衡的最大 秤量也不斷增大，100t以上的地磅是越來 越多，柱式結構的稱重傳感器正好迎合了這個需 求。該結構產品的量程范圍比較大。柱式稱重傳 感器在地磅上的應用以歐洲最為廣泛。我 國所使用和應用的柱式結構傳感器，都是在學習 和消化歐洲電子汽車衡技術中進行的。相關內容 在文章的下一節進行描述。這兩年也有企業通過 改進柱式產品尋求在我國電子汽車衡中的廣泛應 用,他們將柱式頂部的凸弧面結構改為凹弧面結 構再通過類似于橋式產品采用鋼球結構進行力值 傳遞。從理論和實驗角度分析是合理的，筆者個 人認為考慮到秤臺的熱脹冷縮等實際應用因素， 這并不十分合理。結合HBM公司C16A產品描述 中最大允許傾斜、最大允許側向偏載和回復力， 可以了解柱式結構產品在應用中應該避免的問題。

筆者在2010年11月在南洋公司參觀時，聽 取了南洋公司開發的十字梁結構產品在地磅上中應用的報告。該產品如圖9所示具有 安裝高度低，抗過載和抗側向力強，加之與其配 套的固定式三滾珠專用壓頭具有良好的復位和傳 力性能。雖說沒有經過大量的市場考證，但從理論和實驗角度上分析具有很好的應用價值。

三、其他國家地磅使用的稱重傳感器

全世界應用在地磅上的稱重傳感器型 號是五花八門，從主流方向來講，還是具有一定 的地域特色。以我國為中心的韓國、日本、泰國、 越南等鄰邦，產品結構與我國相似或相近。具體 來講就是近年來我國銷往周邊國家的常規橋式稱 重傳感器數量明顯增加。美國及其周邊市場以雙 剪切結構的模塊化安裝為主。主要產品體現在圖 10中幾款傳感器。這一系列產品的量程范圍也比 較大，可查閱的相關資料中顯示為 5Klbs- 250Klbs。該產品在美國VISHAY公司和其 他幾家大的傳感器制造商或經銷商的相關資料中 都可查閱到。我國是稱重傳感器的制造大國，這 幾款產品目前在我國的生產量也是相當大，我國 的大多制造廠家為美國及相關國家的客戶提供 OEM和直接出口。但在我國地磅中的應用 卻十分少見，就筆者所見到為數不多的少數用戶, 不是美資企業就是中美合資企業。圖10中所羅列 的傳感器和我國目前應用在地磅上的產品 相比，制造成本和制造難度都相對較高，但從應 用和計量角度來看具有一定的優點和優勢。

歐洲國家在地磅上所使用的傳感器為 柱式結構，以德國為例，幾家稱重元件的制造企 業都沒有類似美式的雙剪切結構，也沒有類似我國的橋式雙剪切結構。它們的樣本資料中查閱不 到雙剪切結構的產品，包括HBM、FLINTECH、 西門子、賽多利斯、申克等知名公司。實際上這 與歐洲電子衡器及稱重傳感器的發展歷程有一定 的關系。柱式傳感器所具有的優點，結合模塊化的安裝模式，在歐洲的應用非常成熟。就柱式產 品而言，雖說衍生出多個種類和型號，但還是以 托利多的GD, HBM的C16A,菲利普的Pr6201, 西門子的CC等最具有代表性。它們有著各自的技 術和應用特點，如圖11依次所示。

四、綜述

地磅在全世界的應用都是非常廣泛的， 稱重傳感器作為它的核心部件，不同的地區選用 了不同的產品，文中所列舉的只是一種普遍應用 狀況，比如輪輻等結構的產品也有應用的案例。 結合承載器結構的發展歷程，各地區應用在地磅中的稱重傳感器也趨于成熟，我國做為稱 重傳感器的制造大國，主宰著稱重傳感器在電子 衡器中的發展。近年來，我國很多制造企業都在 想方設法對產品進行改進和升級，但最終的目的 卻是為了降低成本而參與激烈的市場競爭。十字 梁傳感器的出現是對前者的突破，也可以認為是 真正意義上的創新。事實對于一個價格已降到最 低而應用成熟的產品來講，創新本身具有一定的 難度。所以筆者呼吁國內稱重傳感器制造企業不 要只停留在對外形尺寸改變進而縮減成本的進行 改進。必須遵循結構上更加合理，應用上更加方 便，成本上更加低廉來綜合考慮和分析，不能顧 此失彼。