【摘要】 本文讲述几点在衡器设计、制造、使用中常遇到， 但又往往被忽略或概念不清而造成的问题和困难。希望大家能重视这些基础性问题，并加强对衡器基本理论的研究。

【关键字】 力矩平衡、静不定、限位、动态称重、国际建议

在实际称重技术工作中，会发现由于违反了称重技术的基本概念， 导致研制产品的失败和无法解决或不能理解工作中遇到的问题。遗憾 的是往往一些衡器工作者不重视这些概念性的基本问题，特别是现在 由于计算机技术的迅速发展，很多人企图通过计算机技术来解决由于 违反基本原理所带来的困难，而实际上这是徒劳无益的。本文试图对 一些基本概念做简要讲述供大家参考、讨论。

一、力矩平衡、静不定系统 

重力式称重系统和常用的衡器。除了吊秤等少数衡器，被测物的重力与用来测力的器件，如传感器，它们的力互为平行力，而不是共点力，因此测力的数学方程是建立于力矩平衡的基础上。由于习惯的“直观”思维，例如对汽车衡之类的衡器，会直接把四只传感器测出力相加，就等于被称物的重量。这种习惯性的结果，就是在实际校准汽车衡时，不按规定调整偏载，甚至不调偏载，其结果是同样重量的物体，当处于承载器的不同位置，显示结果会有明显的差异，且示值超差。这种现象在调偏时，在四角放置检定砖码，通常均会发生。这是为什么呢？因为此时的汽车衡是静不定系统。众所周知，超过三个以上支承测力点的系统，均为静不定系统，例如汽车衡，此时有四个支承传感器，而只能得到三个平衡方程，因此无法求得四个称重点受力的大小，即此时四支传感器的力值相加的合力大小，并不等于被称物的重力。

二、型式批准与检定 

衡器是属于强制性管理的计量器具。对于新型产品和厂家初次生产的产品，必须经过法制计量部门对产品进行型式批准，通过后才能投产。对于新型产品，需对其衡器的原理、结构甚至某些特殊要求的材料进行审定。第二对是否有合理、可行的检验方法，并制定出试验文件才能进行型式批准。对于厂家初次生产已有的衡器，则只需要按照已有规程进行型式批准。由于我国厂家所生产的衡器，几乎都是已有的衡器，往往有的厂家在所生产的衡器增加与原产品不同的可能影响称重结果的部件，我们却没有对这些新加部分进行审定。而在国外对新型衡器的型式批准很严格，例如在德国早在 1775 年左右就有了

定型的倾斜杠杆秤，但直到 1876 年才通过型式批准正式使用。由于计量法规的制约，影响了倾斜扛杆秤在德国的发展。另外应变式称重传感器的电子秤，直到传感器的不确定度小于千分之一时，在 1966 年才获得型式批准。型式批准的目的，只在于确认一种新型衡器在原理、结构型式是合理的，对初次生产某种衡器的厂家还应确认它有生产这种衡器的能力才能投产。

为了保证计量器具在足够长的时间内（测量的稳定性），都可期望得到正确的测量结果（测量的正确性），这在计量法中被称为测量的确定性。为了保证计量器具的特性，需强制对使用的衡器进行检定。检定包括检定和随后检定。检定的目的在于使计量器具得到法定计量部门的认可、准许使用。确认该衡器是否是型式批准型式的复制件，并可以审查该衡器是否安装和使用正确，具有法规所规定的功能。随后检定，旨在查明计量器具上次检定经过一段时间使用后，其精度和性能能否还维持原法规的要求。计量部门在统计某种衡器随后检定数据，可以判断对该类衡器的检定周期是否规定合理，并可对厂家的衡器性能进行评定后提出改进意见。

 为了防止水平力的限位装置有两种不同的形式：

约束（Constrainers）：约束是使用强制的手段消除水平力，不允许在约束方向，称重结构、承载器传感器之间有运动。在整个称重过程中都起作用。

制动（限位）（stop）：起制动作用的限位装置，在称重过程中当承载器、称重机构受到外界干扰力、冲击力等的影响，使其发生位移，破坏了原来的称重状态。限位器的作用在于使横向位移限制在可控内，当外界扰动消失时， 衡器或称重装置能恢复到原来的称重状态。为了避免在外力作用时， 冲击力过大造成称重结构的损伤甚至损坏。所以对限位器的“间隙” 调节是很临界的。

对于传感器的“限位”部件，通过包括球形压头、摆动支座、自动定位滚珠支承座，橡皮支件等。组件、马鞍形和链环等均属于限位和自复位限件部件。

碰撞螺栓限位，在我国几乎是所有汽车衡使用的限位装置。但这类限位存在的碰撞间隙，在运动期间存在压头造成变形和损坏。若间隙调得过小，在夏天往往使秤台与基础接触造成力的分流甚至卡死， 引起测量误差。有的生产厂家，把碰撞型限位用于动态汽车衡更是非常不合理。除了此种简易的限位结构，碰撞型还有不同的结构。SCHENCK 公司曾介绍过其它的碰撞型限位器。

约束型限位器，通过使用拉杆限位。这是一种两端被固定（箝位）的梁式跷曲板和园柱形杆的普遍的约束件。更为复杂的这类限位器 在两个固定端使用滚珠轴承或万向轴承或限位两端使用球面柱结构 的更为复杂的约束限位。约束限位往往由于使用不当，反而引入明显 的干扰力。甚至有人认为，两端固定的所谓刚性箝位拉杆约束限位是 差的限位方式。这主要原因是使用者调节不得要领所至。这类约束 限位器要求非常的调节，才能避免垂直干扰力。即要求固定两端 要保持在同一水平。拉杆之间不能有间隙，否则在受到冲击会造 成秤体的形变，以至损坏。第二要注意，不是随便用一根杆就可 达到好的限位效果。我们需要计算拉杆允许的垂直刚度和合适的跷度， 下面给出一组推荐的数值。

拉杆长度 450mm

计算的原则要求在水平方向非常硬，有足够的刚度，在垂直方向相当柔软，拉杆弯曲不产生附加力。为了保证拉杆的准直在两固定端应使用球形环状垫圈。

阻尼简单弹性系统。该系统的运动方程式为：

           m    + c    + kx = 0

           上式可改写为：

式中

           S＝e/2 ω0 =    

S 为无量的量，称为粘性阻尼因子，在 S＜1 的情况下，上述称

重系统的解为：

      (t) = Ae^-Sω0t Sin(         ω₀t+φ)

X(t)为一振幅按指数 Ae-^SωOt  衰减的其周期为 T_d 逐渐衰减的正弦

振动。其周期为：

            T =  T

             d 0

注意到 1/ ＞ ，故周期T_d 大于T₀

当这样的系统在瞬时加载时，要经过一定时间才能达到“静平衡点”。达到“静平衡点”的时间称为“调定时间”通常用下式来计算“调定时间”t_s。

t = Log    

s e

其中 E 是系统达到平衡点的“预定速率”，它的数值与达到“静平衡点”的精度有关。它越小、在 t_s 时间达到终“静平衡点”的时间越小。

调定时间t_s 与固有频率 ω₀ 成反比。所以为缩短调定时间 t_s，就需要增大K 值或减少m 值。然而静平衡位置都会随着 K 值的增大而变小，从而使秤的灵敏度减小。另一方面，秤的刚性通常会随着 m 值的减少而降低，从而使秤的准确度也随之降低。鉴于上述因素、固有频率 ω_o 在衡器的设计中是非常重要的。我们早年为上钢五厂设计的轨道衡，秤台的固有频率为60HZ 左右，前置滤波器的下限频为10HZ， 以适应 10km/h 下的机车动态称重。