本文著重講解如何根據相對DR或Z和V.或Y兩個參數來設計稱重器， 并列舉了兩個實例，單只傳感器和四只傳感器的應用。并論證了用C3級傳感器可以設計 n=4000分度的衡器。DR或Z和或Y這兩個參數是設計地磅的主要依據。

稱重傳感器的品質決定了地磅的精度和可靠 性。所以說稱重傳感器是稱重系統的心臟。地磅特別是貿易用的衡器，都是屬于國家強制檢定的 計量器具，所以無論是使用何種原理的稱重傳感 器所制造的衡器，都必須滿足國家標準或國際標 準。但至今除應變式稱重傳感器有依照非自動衡 器規則來制定的標準和檢定規程，還沒有其它類 型的稱重傳感器有與之相類似的標準和檢定規程。 幸運的是，現在使用的衡器百分之九十左右都是 使用應變式傳感器慶平除外。這對我們使用應 變傳感器來設計和制造衡器帶來了很大的方便。 本文主要討論應變式傳感器技術參數的有關問題。

為了便于了解應變式傳感器與電子衡器間的 關系，即R60和R76間的關系，先簡單介紹一下 有關歷史。

1938年Simmons和Ruge發明了應變計，用來 測量應變，主要用于軍工和工程方面。到1966年 PTB發表了將應變傳感器用于機電結合稱重裝置 的文章，此時傳感器的精度已達到0.1%,并通過 了產品認證。1976年PTB發表了應變式傳感器首 次試驗檢定的文章，該檢定是根據稱重機IR3 OIML規則和71/316/EEC歐洲指令。然而此時是根 據應變式力傳感器的技術指標來試驗。它與衡器 的計量要求和技術指標之間存在差異和不同要求。 特別是之后電子衡器的迅速發展、應變式力傳感 器單項的技術指標與非自動衡器用分段階梯的最 大允許誤差限間存在根本性的差異。迫切需要制 定能與非自動衡器計量要求和技術要求相適應的 稱重傳感器的標準和計量檢定規程。從上世紀八 十年代初，OIML組織就著手編制適于非自動衡器 的稱重傳感器國際建議和適用電子衡器的非自動 衡器國際建議，即R60和R76號國際建議。1992 年版的R76號建議（包括1994的修訂本的基本 規則是最接近非自動衡器計量稱重要求的版本。 R60在1991年、1993年發布了包括有計算程序和 試驗報告的建議。該建議是根據R76號建議的計 量要求和技術要求專門制定的適用于衡器要求的 傳感器的國際建議。并在1995年巴黎召開的 eighing Towards the Year 2000?的會上進行了首 次修改，并由PTB的B.MEIBNER以題為'"Reflections on NAMIs Module ?Load Cell 的文章 對R60的內容做了講釋，這篇文章對我們了解 R60以及與R76間的關系很有幫助。之后的修定 版本，在基本原則上沒有改變。

R60的計量要求是根據R76制定與R76 —樣 也是分為四個精度級別，A、B、C或D與非自動 衡器的四個級別I、II、III或IV相對應。對傳感 器最大允許誤差的分量系數PiC=0.7他可選定在 0.3?0.8范圍內，三級和四級秤和與之對應的C 級和D級傳感器的誤差限如表1所示。

非自動秤的梯形誤差包絡限是由下述試驗確定：

非線性+滯后+靜態溫度試驗 注意此誤差不包括蠕變和零點溫度的影響。 傳感器的誤差限基本上也是根據衡器的試驗程序 確定。從原則上講，根據這樣對應關系，用C3級 傳感器來設計三級秤可供貿易用秤是完全能 滿足要求。給設計者帶來很大方便。

由于技術進步以及微處理機在稱重系統中的 運用，對傳感器和衡器帶來了以下四個方面的新 發展：

?平臺秤用的單點稱重傳感器 ?數字傳感器 ?多分度稱重裝置 ?多范圍量程稱重裝置。

所以在新的R60 (2000年版中增加了對數 字傳感器的試驗和兩項非強制性的參數：相對DR 或Z和相對Vmn或Y。這兩個參數雖然是非強制 性，但對我們設計衡器卻非常重要。

因此，要求傳感器需給出以下參數的補充認 證檢定證書：

?傳感器的最大秤量.Ema (kg ?最大檢定分度數.niΚax

?最小檢定分度值：Vmi?(kg 根據OIML R60得到的Cmdkh值是以V為單 位，需根據下式計算得出DR值。

DR= (Cmsjcrx Em) /nMox ?靈敏度： mv/v ?輸入電阻：Q ?供電電壓：V ?防護等級 ?電線長度

這些參數是設計衡器的基本參數，首先根據 衡器量程選擇傳感器的最大秤量。

傳感器的檢定分度數：ni?=E_/V 衡器的檢定分度數：n=Mx/e 傳感器額定量程：丑腿、Em,?

衡器的秤量范圍：Mx, Min=20e 傳感器檢定分度值：V、V?

衡器檢定分度值：e、e?

通常使用的衡器要求滿足貿易n要求，即三 級秤的要求。為此應選用C3級傳感器。對于C3 級傳感器，當分度n=3000時，最大允許誤差為衡 器最大允許誤差的Plc倍，其中mpe為衡器的最大 允許誤差，Plc為分量系數，通常p?0.7。

必須記住對于C3級傳感器的3000分度，并 不是它的最大不能超過的誤差限的分度數。它的 最大分度數如咖^ 3000,由DR或Z值確定， Z=E_/ (2DR 和 Z Mxifa/e—對 C3 級傳感器。nMra 值一般為3000至10000。由它決定了傳感器的測 量結果不超過最大允許誤差（m^的測量范圍，可 分成的最大分度數nM??。同時也確定了用它制造的 衡器的最小分度值e??。

傳感器的最小檢定分度V?或Y也是設計衡 器的重要參數。V?為溫度每變化5蚓傳感器零點 的漂移值，HJNmn。它決定了在傳感器不超過 最大允許誤差使用范圍內的最大分度數。通常Y 值比Z值大兩至三倍。應注意Y與nc無關，下面 是根據OIML R60文本中所舉例來了解Y和Z的 具體數值。

Class C3、nLc=3000、Y=12000、Z=4000 E_=100Kg、300Kg、500Kg、5000Kg、10t、 30t 和 50t

Class C6 ： nL=6000、Y=18000、Z=6000 Emat=50Kg、100Kg、300Kg 和 500Kg 下面我們用實例來說明如何根據這些參數來 設計衡器。

根據歐洲EN45502、4, 2, 1,傳感器的E- 和衡器的Max^,之間應滿足下要求：

E—乏(MaxMjj+DL+IZSR+NUD+T) /N 式中：N—傳感器的數目；

DL 死載荷；

IZSR?初始的零點的設置范圍：

NUD 載荷非均勻分布，即角偏誤差；

T?附加皮重。

并推薦對傳感器容量的快速估計法。

Mxm?N. E腿=0.25 …0.5

相對Vmn或Y和相對DR或Z是設計衡器非常 重要的兩個參數。特別是設計多量程和多分度衡 器的根據。由此二參數決定所選的傳感器是否滿 足多量程衡器和多分度衡器的要求。

?多量程衡器MR

雙量程 三量程：

DR=0.5e,由 至 0 (DRS e)

V,^?1.0ell 由 開始至 0

Y=E?/V腿或

^min?emiJ 姨^

ZS 0.4MaxMat/emin (當 DR 未知時 雙量程衡器：高Y值 三量程衡器：高Y值和高Z值 ?多分度衡器MI 雙分度一三分度：

DR=0.5e1 由 Maxi 至 0 ZEmJ (2DR ZS MaxM?eè

雙分度衡器：高Y值和高Z值 三分度衡器：高Y值和特高Z值 再重復一下，Y和Z值與niC和階梯誤差限無 關。下面舉實例在設計多量程和多分度衡器時， 如何確定Z和Y值。

?用100Kg單點式傳感器，設計一臺三量程秤。

要求：60Kg/20g; 30Kg/10g 和 15Kg/5g,靜載 何為15Kg;初始零點范圍10Kg。

每一量程分度精度均為n=3000,即： n=Max/e=60Kg/20Kg=3000 Y=EmII/Vmin=100Kg/0.005Kg=20000 和 Z=0.4 ?MaxMa*/em,n=0.4 ?60Kg/0.005Kg=4800 可選Y=25000, Z=6000的傳感器。在供電電 壓為5V,傳感器的靈敏度為2mv/V時，e??的輸出 電壓為：

emin=2mv/V* 5V* 0.005Kg/100K^0.0005mv=0.5^ V 據此可選適用于顯示器，現在一般顯示器均 可達 0.4^ V/VSL。

?用四只3000Kg傳感器設計最大秤量 Max=3000Kg的雙分度地秤。在國外認為地秤的載 荷非均勻分布值（NUI)很高。在本例中 NUD=1500Kg。以保護傳感器在稱重過程中不被破 壞。

要求：3000Kg/1Kg 和 500Kg/0.5Kg,靜載荷 1500Kg;初始零點范圍 500Kg 和 NUD=1500Kg。 每一量程分度精度均為n=3000,即： n=3000Kg/1Kg=3000

YS Em* VN/em?3000Kg.2/0.5Kg=12000 ZS MaxMax/emin=3000Kg/0.5K^6000 可選用Y=23000和Z=6000的傳感器。用上例 方法確定e?的輸出電壓，選擇顯示器。

中國也有多量程式多分度的衡器，若不能根 據傳感器的Z和Y來選擇合適的相應的傳感器， 是不能制造出合格的多量程和多分度衡器。國外 大稱量秤為多量程衡器，小稱量，特別是商用秤 多為多分度衡器。

中國制造稱重傳感器的廠家，不太了解衡器 的設計和制造、使用。對于Z和Y兩個參數，對 衡器的設計和制造的重要性不是很重視。衡器制 造廠家，也幾乎認為只要傳感器達C3級就可以用 來設計出優良的III級秤，實際上同為C3級的傳感 器，Z和Y可有很大的差異，不少C3級傳感器是 達不到設計多量程和多分度秤的要求。

國內不少生產汽車衡的廠家，根據用戶的要 求、生產出4000分度的汽車衡。下面通過分析看 看是否有理論依據。

用四只C3級100t傳感器設計一臺200t，n=4000分度的汽車衡：

傳感器 E_=100t, nic=3000, Z=3000 求傳感器靜載荷輸出恢復DR和分度值e 2-DR=姨4 -100t/3000=2-33.3Kg=66.6Kg e=100t/3000=33.3Kg 最大允許誤差

mpe=姨4 -e=2x 33.3Kg-PiC Plc=0.7 所以傳感器的最大允許誤差mpe=46.6Kg 根據OIMLR60,上面求的靜載荷輸出恢復DR 為在加載接近E麗時的恢復值。而衡器的零點恢復 值是在最大秤量值D (Max測得。通常用MDLOR表 示傳感器在載荷E麗下測得的靜載荷輸出恢復值， 它與衡器載荷為D (Max測得的傳感器DR值之間 存在以下關系。

DR=MDLOR * D (Max /E 腿 在此時DR=33.3Kgx 200t/400t (在均勻加載結 論)=16.7Kg

200t衡器，當分度數為n=4000時，分度值e

為：

e=4000 =50Kg,即 mpe=e=50Kg。

根據OIML R76,非自動衡器回零的偏差不得 超過± 0.5e,在此時為± 25Kg 將計算結果做比較。

如表2所示。對D3級傳感器，Y2 10000是最起碼的要求。 再估計顯示器的要求，通常顯示器橋壓為5V,最 小一位示值0.4pV/e。針對現選定的傳感器，靈敏 度為 20mv/V, E_=100t。

^ V/e=20mv/Vx 5V 50Kg/(100tx 4) =500mv/400t=1.25p V/e>0.4^V/e 從上述理論分析，可得出結論：用C3級傳感 器，可以制作n=4000分度的III級秤。但是對大噸 位的傳感器的DR值，一般傳感器生產廠沒有條件 測量。給設計者帶來不確定性。值得注意的是，對地磅之類的戶外用衡器，由于風力等環境條 件的影響，即使是n=3000分度的衡器，要確保測 量精度也有一定問題，所以n=4000分度在戶外使 用的衡器欲保證測量精度就更有困難。

中國制定傳感器檢定規程和標準的專家對衡 器不甚了解，反之對制定衡器檢定規程和標準的 專家對傳感器也同樣不甚了解，特別表現在制定 衡器的標準時，對應使用傳感器的具體的計量要 求和技術要求沒有明確的規定。這表現了中國的 衡器工作者在衡器基礎知識和理論方面的缺失， 這是中國欲成為衡器強國需要努力的重要方面。

至今，還沒有任何一種測力傳感器能動搖應 變傳感器在稱重領域的地位。然而應變傳感器應 如何發展始終是研究的問題。也曾有不少廠家試 圖將“應變片”直接濺射到彈性體上。但至今未 見到正式批量的產品。我們也曾在這方面做過研 究，發現不僅彈性體要專門設計，而且濺射后的 “應變計”與原來的箔材的物理特性也有改變。原 來的箔材是合金體，而現在由于是濺射變成“分 層”的。總的來說，近幾十年來，應變傳感器本 質上沒有太大改變。其改進主要表現在工藝方面 和設計了能適用各種測量需要的彈性體。制定了 與衡器計量要求、技術要求的標準和試驗方法。 以便于簡化對衡器的設計。值得一提的是組件式 傳感器的出現，可簡化和便于衡器的設計和安裝、 調試。這也是傳感器的一個明顯進步，但傳感器 的進步始終是衡器發展的前提，因此說“稱重傳 感器是稱重系統的心臟”。