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有那些稱重傳感器
在 2003 年我為了與稱重傳感器的選用單位進行技術交流，寫了一篇《如何正確使用稱重傳感
器》的文章，分別從“稱重傳感器zui大秤量"、“稱量準確度"、“稱重傳感器結構"、“稱重傳感器安裝"
和“使用環境的特殊要求"等方面，談了個人在電子衡器選擇稱重傳感器方面的一些經驗。隨著時間
的變化，我國電子衡器的飛速發展，在大型衡器方面，重型長規格承載器汽車衡的普遍投入使用，
一些新的問題又出現在我們面前。特別是由于鋼結構承載器受到熱脹冷縮影響而長度產生的變化，
一是會直接使稱重傳感器不能垂直傳遞力值；二是會影響限位裝置的間隙大小，甚至頂死。為了保
證計量性能的準確性，應該選擇什么結構的稱重傳感器是此篇文章想要傳遞的指導思想。目前國內
外用于大型衡器上的稱重傳感器大致有：柱式稱重傳感器、橋式稱重傳感器、雙剪切梁吊環稱重傳
感器、軸對稱扭環型稱重傳感器、輪輻式稱重傳感器等。
二、幾種稱重傳感器的特點
1．柱式稱重傳感器（如圖 1）
優點：結構緊湊、過載能力比較強、固有頻率高動
態響應快、安裝較方便、制造成本低。
缺點：抗側向和偏載能力較差（雙膜片結構的較好）、
固有線性較差、稱重傳感器不易固定易旋轉。
柱式稱重傳感器由于以上的諸多優點，目前在汽車
衡上使用的比較多，但是其缺點也不能回避。針對柱式
稱重傳感器的抗側向和偏載能力較差的問題，一些公司
的產品樣本上專門推薦了“不影響計量性能"的偏載角度
而一臺長度 18m 的承載器，當使用地點一年內的環境溫度
變化在 60℃范圍內時，按照金屬的線膨脹系數，長度變化為：
( ) -6 11.3 10 50 - -10 18000 12.2 ×× × = ℃ ℃ ? ? ? ?
在實際應用中，由于承載器都是由多段組成的，可能承載
器的變化沒有如此大，但這起碼給設計者一個參考依據，對于
設計時應該考慮的承載器長度尺寸，不要因為溫度變化，使承
圖 2
載器長度變化超出稱重傳感器裝置單位給出的允許位移量，從而影響產品的計量性能。
還出現一種情況，就是稱重傳感器在使用時會不斷微量旋轉，甚至會將電纜線拉斷。為什么在
汽車衡上安裝的柱式稱重傳感器會產生旋轉現象？在自動軌道衡上使用的歷史比較長了，而安裝現
場很少出現旋轉現象？這是因為自動軌道衡的承載器一般長度只有 3.7m～4m，其限位采用的是張
拉式結構，使得承載器在水平狀態基本處于不移動狀態，同時保證又不影響垂直力的作用。而汽車
衡的承載器長度比較大，采用的限位裝置是水平狀態下允許承載器有一定的位移，這樣稱重傳感器
也可能隨之晃動。也就是在這種不斷的晃動中，電纜線就不斷被纏繞到稱重傳感器上，直至被拉斷。
第三個就是偏載分力的問題，為什么使用柱式稱重傳感器的汽車衡其段差（即是：偏載誤差）
比較大？這里固然與承載器的加工帶來的“邊界條件"影響有關，但是從理論角度分析，由于熱脹冷
縮影響使承載器兩端柱式稱重傳感器產生傾斜度大，從而帶來偏載分力，稱量量值越大造成的偏載
誤差就越大。同時，這個分力還與稱重傳感器的高度有關，高度大的稱重傳感器相對影響量就小一
些，高度低的相對影響量就大一些。
2．橋式稱重傳感器（如圖 3）
優點：對加載點變化不敏感、抗偏載性能好、
固有線性好、安裝方便、稱重傳感器固定不旋轉、
制造成本低。
缺點：重心較高、過載能力較差，大秤量的稱
重傳感器難以達到高的準確度等級。
采用橋式稱重傳感器的長承載器衡器，在使用
過程中其球狀壓頭隨著承載器長度變化，壓頭也在
彈性體的球窩內沿長度方向滾動，使作用力加載方
圖 3
— 2 —向偏移，從而產生偏載。雖然此類稱重傳感器的抗偏載性能比較好，但是位移量較大時也會影響一
定的計量性能。為此筆者在 1991 年針對數字指示軌道衡產品承載器比較長的狀況，考慮多只稱重
傳感器受熱脹冷縮的影響因素，申請了一個實用新型的（如圖 4），將稱重傳感器上壓頭設計成
兩種形式，一種是保留了原設計的球面形狀，用于中間
四只稱重傳感器，起到定位作用；一種是按照球面的zui
高點設計成平面形狀，用于端部的稱重傳感器，不論熱
脹冷縮時承載器的長度如何變化，可以保證其承載器上
的作用力總是垂直作用于稱重傳感器上。【楚承制作】
3．雙剪切梁吊環稱重傳感器（如圖 5）
優點：抗偏載性能好、稱重傳感器固定不旋轉。
缺點：結構復雜、安裝麻煩、制造成本高、過載能
力差、占用空間大，此類產品也不宜制造大秤量結構。
這種形式的稱重傳感器在使用中，與以前機械杠桿
秤的吊環繞刀子擺動結構一樣，作用點總是繞著稱重傳
感器擺動，始終將作用力垂直作用在稱重傳感器上，既
是承載器熱脹冷縮的尺寸變化較大也不會影響計量性
能。這種結構的關鍵點是作用力總是在稱重傳感器下
面，從而保證了系統的穩定性。所以美國在大型衡器上
普遍采用此類稱重傳感器，以下所選用的圖 5 就是在一
臺大型衡器上截取的。
4．軸對稱扭環型稱重傳感器（如圖 6）
優點：結構緊湊、體積小、高度低、重量輕、固有線性好、準確度高、受載后底環無變形或變
形很小幾乎沒有滯后、對于偏心載荷和側向載荷不敏感、輸入輸出阻抗大、稱重傳感器固定不旋轉。
缺點：安裝稍復雜、附件的制造成本較高。
正是由于此類產品的阻抗大，所以輸出信號大、功耗比較小，在歐洲多個國家習慣選用這種稱
重傳感器做汽車衡等大型衡器。筆者所見到多家公司在一臺混凝土結構的汽車衡上，只使用四只此
類稱重傳感器支撐一個 18m長、重 42t 的鋼筋混凝土承載器。如果使用于有沖擊載荷的環境下時，
選用的上壓頭可以是專門制作的有緩沖層的結構；如果使用于熱脹冷縮較大的承載器時，可以將壓
頭的高度設計的高一些，如圖 7。
5．輪輻式稱重傳感器（如圖 8）
優點：抗偏載性和側向載荷能力強、過載能力強、不受加載點和支撐邊界影響、應力發布均勻、
線性好、稱重傳感器固定不旋轉。
缺點：機械加工難度大、制造成本較高、固有滯后大且不易控制。
此類稱重傳感器在我國 80 年代初中期，被大量使用于汽車衡類的大型衡器上，但是由于其本
身存在的機械加工問題和滯后誤差等，被后來的懸臂梁稱重傳感器和橋式稱重傳感器所替代。
三、結論
從以上五類稱重傳感器結構可以清楚看出，只有柱式稱重傳感器彈性體在使用中是隨著承載器
的晃動而移動的，即在安裝時垂直的稱重傳感器柱體，由于承載器長度熱脹冷縮變化，稱重傳感器
的柱體產生了偏移，也就使作用力產生了分力，從而稱重傳感器出現稱量誤差。而其他四類稱重傳
感器由于彈性體是固定的，當熱脹冷縮影響承載器長度變化和承載器晃動，僅僅是其壓頭產生了偏
移，作為傳遞作用力的彈性體是不會隨承載器的變化而移動，使得在稱重傳感器上的作用力還能垂
直傳遞，對汽車衡稱量性能的影響比較小；同時，由于彈性體不是隨承載器晃動，彈性體也不會產
生旋轉，電纜線就不會纏繞彈性體。
上海楚承電子科技有限公司
2015.5.4