地磅秤臺制造質量對產品準確度的影響因素探討
地磅秤臺制造質量對產品準確度的影響因素探討
地磅是市場上應用較多的大型電子衡器，有關地磅應用研究的文章很多。高精 度汽車衡在計量準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。 本文從秤臺的制造質量入手，對影響地磅準確度的秤臺制造質量進行了探討。
1.前言
地磅是由地磅秤臺（又稱為承載器）、稱重傳感器、電子稱重儀表三部分組成的。業界 普遍認同的觀點是：儀表是地磅的大腦，負責地磅稱重數據顯示、模數（A/D)轉換、稱 量數據處理、數據傳輸等功能；稱重傳感器是地磅的心臟部分，確定了汽車衡的力電轉換、計量 準確度等技術指標；秤臺是地磅的承載器，負責承載被測重量，并保證重量的傳遞過程中不影響地磅的計量準確度。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是0.7，稱重指示器的誤差分配系數是0.5，連接件（包括承載器）的誤差分配 系數是0.5，就是要提醒設計者和生產者，承載器在衡器的整個系統中，對計量準確度是有影響的。
2.秤臺的結構分析
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；秤臺的面板沿整個秤臺是均勻分布的；端 橫梁設置在秤臺的兩端，從結構上講也是橫向左右對稱、縱向兩端對稱的，傳感器的安裝位置相對 于秤臺縱向來說，也是左右對稱的。所以說，秤臺是一個沿橫向左右對稱、縱向兩端對稱的結構.
3.傳感器受力分析
由于傳感器是放置在秤臺沿縱向左右對稱的位置，相對于秤臺縱向，左右相對位置的傳感器輸出 應該是基本相等的。而在秤臺長度方向上，由于要設計地磅的縱向防撞裝置，還需要防止地磅秤臺在重軸車車輪上下秤臺時傾翻力矩過大使秤臺翹起損壞傳感器，并考慮基礎與傳感器安裝位置 的間隙，所以說在沿秤臺長度方向上安裝的傳感器，相鄰的稱重傳感器的輸出信號是不一定相等的， 需要視秤臺的具體結構來分析。以三節秤臺地磅為例，我們可以簡單的得出下列結論（見圖3):
1 一2點，3—4點，5 6點，7 8點的傳感器在加載前的初始零點輸出應該是基本相等的。
1278點，四只傳感器在加載前的初始零點輸出應該是基本相等的。
3456點，四只傳感器在加載前的初始零點輸出應該是基本相等的。
(1，2，7，8)的傳感器初始受力零點輸出信號約是（3，4，5，6)的傳感器初始受力零點 輸出信號的二分之一。
當衡器使用數字式稱重傳感器時，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 信號輸出；即使使用模擬傳感器，也可以通過接線盒的線路調整單獨連接的某一只傳感器，這樣也 可以獲得各個模擬傳感器的初始信號輸出。
根據前面的分析，傳感器的初始信號輸出大小應該符合各自的相互關系。當然是存在相對誤差的.
這個誤差越小越好，一般要小于±20%。
各點傳感器輸出信號的相互誤差對于衡器的出廠校準和現場安裝后的校準，都是應該達到的技術要求。
4.秤臺影響傳感器初始輸出信號的因素
由于秤臺是對稱設計的，傳感器的初始輸出信號大小，從理論上說應該符合各點之間的相互關系。 但實際上往往存在較大的誤差，分析如下：
從設計上來講，地磅的整體秤臺設計有兩種方式，一種是“整體剛性連接結構型”，通過 連接螺栓和秤臺上的連接板，將三組（多組）秤臺緊密的連接在一起。二是獨立秤臺柔性設計，秤 臺之間通過銷釘和安裝板連接，相鄰的兩個秤臺發生變形時允許有一定的翻轉角，其相互影響量小。 這兩種方式，由于秤臺在制作過程中有變形，其傳感器的初始輸出信號是有差異的。
從校秤平臺或衡器基礎的各個傳感器安裝墩的水平高度一致性上講，一般的技術要求是各個基礎 墩的相互高度誤差為3mm，而生產廠內的校秤平臺傳感器安裝的基礎高度誤差會更小一些，可以達 到1mm之內。基礎墩高度的不一致，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有 差異。
端橫梁上各傳感器安裝板之間的安裝絕對高度差，如果制造中沒有做好高度定位，也會產生誤差， 其效果和基礎墩的高度誤差是一致的。
從秤臺的制造質量方面分析，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產生微 小的波浪灣，整體的U型梁在彎曲中及后續的存放中也會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，彎曲產生的尺寸誤差不同，也會在U型梁中造成殘余應力大小及分 布不均勻。
秤臺焊接過程中，U型梁需要和秤臺面板定位，其與秤臺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，另外焊接后的秤臺要求是秤臺在正常安裝后，上表面要凸起一定高度，對 秤臺施加預應力使得秤臺加載后水平，也使秤臺在使用中不至于留有水漬而不利于汽車剎車，也便 于清掃秤臺和保持衛生，所以需要用外力（壓力機或砝碼重物）壓下U型梁，致使其反方向變形， 然后再實施焊接過程。從技術上分析，首先將7根U型梁的各個單邊與秤臺面板焊接在一起，使應 力充分釋放（必要時可以卸除壓力或重物），然后再焊接各個U型梁的另一邊，這樣整體秤臺的應 力會小一些。也可以先焊接秤臺中間部分的U型梁，然后向兩邊擴散焊接其余的U型梁。最不好的 工藝就是在秤臺受到壓力限制產生反向變形時，先焊接秤臺最外邊的U形梁然后向中間過渡焊接其 余U型梁。
5.秤臺制造質量對衡器準確度的影響
秤臺制造質量不良，秤臺發生縱向或橫向變形，秤臺中殘留了大量的焊接殘余應力沒有消除，當 汽車輪軸行駛在地磅秤臺的不同位置時，秤臺的變形伴隨著應力釋放，形變重復性就不好。而重 量的傳遞過程中伴隨著應力釋放，重量的傳遞數值就會不準確，造成電子汽車衡的稱量不穩定，四 角誤差、段差超出用戶要求或標準要求。在校秤過程中，會發現四角誤差不易校準，校一遍數據一 個樣；觀察傳感器的空秤輸出信號，也會出現數據不穩定的狀態。
6.消除秤臺殘余應力的方法
由前面的分析可知，理想的地磅秤臺制造完成后，在校秤階段，每只傳感器的初始信號輸 出應該符合上述第3部分中傳感器受力分析結果。如果差異較大就要進行消除應力的處理。消除應 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
新的國家標準GB/T 7723-2017《固定式電子衡器》中，增加了一條：當衡器承受最大秤量 125%的載荷時，秤的各組成部件不應發生永久變形或損壞，施加的時間是30分鐘，載荷均勻分布。 一方面可以檢査秤臺的材料選擇、焊接質量、秤臺變形等，同時超載靜壓方法也是消除秤臺應力的 好方法。在正常生產中可以根據施加載荷的大小，如1/2Max，3/4Max，Max等，來確定靜壓的時間。 通過施加載荷靜壓前后的傳感器輸出值的相對變化，來設定超載靜壓的時間和選擇載荷值。
6.2振動時效法
采用激振器對秤臺進行振動消除應力，也是一種比較簡易的方法。由于激振器工作時噪音較高， 可以在施力點與秤臺的接觸處，設置一些隔音裝置。根據秤臺的尺寸、U型梁的厚度和高度、秤臺 的設計秤量，來設計激振器的大小、振幅、頻率、激振位置與激振力。同樣，工藝參數的設置需要 通過施加激振力前后傳感器初始信號輸出的變化，來判斷工藝參數的選擇是否合適。如果能采用應 力測試儀進行定量分析，則工藝參數的設置會更準確。
6.3預加載校秤法
地磅在用戶使用地點安裝之后，可以首先檢査傳感器的初始信號輸出是否平衡，如果不平 衡，可以要求用戶用載重汽車先進行多次過衡，否則調校完成的衡器也是不穩定的，其原理與超載 靜壓法一致，使秤臺內部的應力充分釋放出來，可以增加衡器的穩定性和準確性。
結束語：
本文闡述了地磅秤臺制造過程中，由于工藝設計不合理造成秤臺變形并產生殘余應力，它們對地磅的四角誤差、段差、零點穩定性等都會產生影響。針對汽車衡安裝，對秤臺安裝的質量標準 提出了一些觀點，不當之處請同行批評.
