機(jī)械式地衡，俗稱地磅，其主要由秤臺(tái)、縱向杠桿 組、橫向杠桿組、輸出總杠桿、連接桿、連桿和計(jì)量箱等 組成。其所應(yīng)用的物理原理是杠桿原理。在我國(guó)林業(yè)生 產(chǎn)中，仍有部分林業(yè)生產(chǎn)企業(yè)利用機(jī)械式地磅稱取所 采伐的原木或原條的重量，再根據(jù)該原木或原條的容 重值將其換算為林材體積，以此作為計(jì)算采伐量、運(yùn)輸 油料費(fèi)及運(yùn)輸人工費(fèi)的依據(jù)。該種地磅需由人工撥動(dòng) 砝碼來(lái)稱重，稱重?cái)?shù)據(jù)也主要是由人工統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，故 稱重誤差率及數(shù)據(jù)差錯(cuò)率比較高。為提高地磅稱重環(huán) 節(jié)的生產(chǎn)效率及稱重?cái)?shù)據(jù)的可信度，對(duì)我國(guó)林業(yè)生產(chǎn) 中現(xiàn)有的機(jī)械式地磅進(jìn)行電子化改造具有現(xiàn)實(shí)意義。

地衡稱取的原條或原木的重量值是非電量，目前， 對(duì)這種非電量的采集大多數(shù)都采用電測(cè)量法，即首先 將各種非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W(xué)量（如電流、電壓等），然后 經(jīng)過(guò)一系列的處理，將非電量參數(shù)顯示出來(lái)。參考非電 量檢測(cè)系統(tǒng)的組成，并根據(jù)機(jī)械式地衡的實(shí)際情況，確 定機(jī)械式地磅的電子化改造方案為：在機(jī)械式地衡的 基礎(chǔ)上，引入傳感器、信號(hào)變送器、工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)包 括打印機(jī)），組成地衡稱重?cái)?shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。在該 系統(tǒng)中，傳感器是把被測(cè)非電量一力變換為與其有 確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的量一電壓的裝置。本文將詳述傳感 器的選型設(shè)計(jì)方法。

1.傳感器安裝位置的確定

根據(jù)相關(guān)資料，將傳感器以串聯(lián)的形式安裝在機(jī) 械式地衡的連接桿上，并將連接桿的上端固定，傳感器 正常工作時(shí)受到拉力作用并處于受拉狀態(tài)。傳感器與 連接桿一同置于計(jì)量箱內(nèi)，計(jì)量箱可防潮，有利于保證 傳感器正常工作。

2.傳感器量程的確定

當(dāng)傳感器以串聯(lián)的形式安裝在連接桿上時(shí)，可以根據(jù)下式確定傳感器的量程：

Q=K< !m+!o) ( 1)

式中：） 傳感器的量程値kg);

K—綜合考慮秤體受到?jīng)_擊力和傳感器過(guò)載能 力等因素而確定的余量系數(shù)，通?？扇?/span>k=1.1~1.5;

Qm——秤臺(tái)最大稱量載荷經(jīng)杠桿組傳遞至連接 桿時(shí)作用于傳感器上的力（kg);

)。一當(dāng)?shù)睾馓幱诳粘訝顟B(tài)時(shí)，秤臺(tái)臺(tái)面及杠桿 組構(gòu)成的無(wú)效載荷經(jīng)杠桿組傳遞至連接桿時(shí)作用于傳 感器上的力（kg)。

當(dāng)地磅處于空秤狀態(tài)時(shí)，由拉力計(jì)測(cè)得連接桿處 的拉力為15.50kg，即

查取地磅的原始資料并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、復(fù)核，計(jì)算出 由秤臺(tái)到連接桿處的杠桿比（傳力比）為1000:1。己知 地磅的量程最大稱量載荷）為50t，所以： Qm-50x1000kg/1000-50kg 根據(jù)計(jì)算出的Qm、）)，并選取K=1.5，將其代入（1) 式，即可求得所選取傳感器的量程值）：

Q-K( Qm+Qo)=1.5( 50+15.5) =98.25kg。根據(jù)傳 感器的規(guī)格系列標(biāo)準(zhǔn)，取）=100kg。

3.傳感器類型的選擇

工程實(shí)際中常用的測(cè)力傳感器有如下四種：

①電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器主要由彈 性敏感元件（彈性體）、電阻應(yīng)變片和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路等 部分組成。當(dāng)被檢測(cè)的物理量一力施加于彈性敏感 元件時(shí)，該元件會(huì)產(chǎn)生彈性變形。由于電阻應(yīng)變片與彈 性敏感元件粘接在一起彼此絕緣），并且電阻應(yīng)變片 存在著電阻應(yīng)變效應(yīng)，彈性敏感元件的變?nèi)?yīng)變）就 會(huì)轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變片電阻值的變化。常規(guī)應(yīng)變片的電 阻變化很小，需通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路將電阻變化轉(zhuǎn)換成 電壓輸出。這種稱重傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：量程范圍廣，可 靠性高，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的防潮、防腐蝕能力。

②電容式傳感器。電容式傳感器是以各種類型的電 容器作為傳感元件，把被測(cè)物體重量轉(zhuǎn)換為電容器電 容量變化，再經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率 的一種傳感器。

電容式傳感器存在著寄生電容和分布電容，這會(huì)對(duì) 其靈敏度和稱重精度產(chǎn)生不利影響，并且傳感器配用電 路比較復(fù)雜，所以在一定程度上限制了它的應(yīng)用。

③振弦式傳感器。振弦式傳感器是諧振式傳感器的 一種類型，屬于頻率式傳感器。傳感器內(nèi)部有一根承受 拉力的金屬弦，稱為振弦，放置在由永久磁鐵所產(chǎn)生的 磁場(chǎng)內(nèi)，振弦同時(shí)是電氣線路的組成部分，由于它所承 受的拉力不同而產(chǎn)生不同的固有振動(dòng)頻率。振弦式傳感 器具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但其稱量范圍一般在2kg以 下，對(duì)較重的載荷，要通過(guò)杠桿系統(tǒng)來(lái)分配載荷實(shí)現(xiàn)。

④壓磁式傳感器。壓磁式傳感器也稱為磁彈性傳感 器。它是一種力一一電轉(zhuǎn)換的無(wú)源傳感器。它的作用原理 是利用壓磁效應(yīng)，將被測(cè)物理量一一力的變化量變換成傳 感器導(dǎo)磁體導(dǎo)磁率的變化并輸出電信號(hào)。壓磁傳感器具有 輸出信號(hào)強(qiáng)，抗干擾性能好，抗過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是 準(zhǔn)確度低，反應(yīng)速度慢，一般適用于大噸位的測(cè)量。

綜合比較上述四種測(cè)力傳感器，本系統(tǒng)中的傳感 器選用電阻應(yīng)變式傳感器。根據(jù)其內(nèi)部彈性元件形式 的不同，電阻應(yīng)變式傳感器又有不同的類型。根據(jù)相關(guān) 文獻(xiàn)，選用高精度S型傳感器，其彈性體采用國(guó)際流行 的剪切S梁結(jié)構(gòu)，測(cè)量電路采用全橋差動(dòng)電路工作，可 進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并且測(cè)量電路上己進(jìn)行了彈性模量補(bǔ) 償。其主要參數(shù)如下：

量程：100kg;靈敏度：2.00mV/V;供橋電壓12V;溫 度補(bǔ)償范圍-30~+60°C。

4.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，在機(jī)械式地磅的電子化改造中 選用的高精度S型電阻應(yīng)變式傳感器性能可靠，輸出 信號(hào)穩(wěn)定，能滿足地磅稱重?cái)?shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對(duì)傳 感器的要求。