• 概述：

确定物体重量及重心的位置在工程上有着非常重要的意义，特别是在有安全要求的物体应用上尤显其重要性。如在飞机的飞行过程中、飞机重心必须限定在一个相当小的设计要求范围内，尤其是飞机的起飞和降落飞机重心的准确度直接影响着飞机的飞行安全；在汽车、火车的机车的重心关系到汽车、机车的牵引的运动性、运行的稳定性和转向的安全性；在机载各种机器设备的研制过程中，各种机器设备重量重心的确定是设计减震系统*的一项工作；在机车、船舶、坦克等重型工程装备中，重心的检测和测定也是一项*的步骤。由于重心的测量原理已经特别明确，针对不同的被测对象可以采用不同的测量方法；目前测量物体重心坐标方法有引力法、悬挂法、力矩平衡法、质量矩守恒法等多种，对于重量较大的物体重心测量，力矩平衡法是现在zui常用的一种，利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有三种方式：称重平台式、悬挂式、千斤顶式；无论何种方式都是通过3点、4点或多支撑点的测力传感器感知力值的大小，再通过采集系统对传感器感知力值数据信号的采集，通过计算机软件对该信号的解算，便得到物体重心的位置值，这便是本文将要介绍的基于力矩平衡原理的物体重量重心测量系统。

• 系统的基本原理和组成
  • 系统组成和原理

      系统由多套测力传感器（或称重平台）、一套称重仪表箱（含有数字模块、电源模块、RS232连接器等）、一台笔记本电脑（含相应的软件）等部件组成。

从各测力传感器（或称重平台）感知的力信号通过数字模块进行采集、A/D转换、处理，然后通过信号线与笔记本电脑连接，由笔记本电脑中的相关软件对仪表采集传输的信号进行处理解算得到物体重心数据。系统组成原理图见图1；

图1 系统组成原理图

• 系统的支撑操作组合方式

利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有称重平台式、悬挂式、千斤顶式三种，因系统支撑操作不同而有多种组合，其一，单一的称重平台式是在每一测力的支撑点下放置一台称重平台，通过称重平台感受被测物体施加的力；其二，悬挂式是通过多套拉式测力传感器将被测物体以一定的要求悬挂起来，由拉式测力传感器感知被测物体施加的力；其三，千斤顶式是在每一支撑点下的千斤顶头部配装一压式测力传感器，通过千斤顶顶推测力传感器，测力传感器顶起被测物体进行测力；其四，在每一称重平台上放置一千斤顶，将称重平台作为千斤顶的底座平台，由千斤顶支撑被测物体，通过称重平台感知所测力；以上这四种组合形式可根据被测物体的实际，需灵活组合和使用。

在这里，测力传感器也常被叫作称重传感器、load cell、load sensor、重量传感器、张力传感器、载荷传感器、载荷检测传感器、载荷监测传感器、负荷传感器、负荷检测传感器、负荷监测传感器、力传感器等。

• 影响因素的分析和解决方法

   1. 影响因素分析：

㈠ 运用力矩平衡原理测量物体的重量和重心位置，对物体的要求是刚体的或物体受力变形小的，同时对物体的重心要求是不变的或者变动非常小，但在实际应用上，如飞机机翼刚性较差，受支撑力后变形较大，飞机空机以及油罐车、汽车等设备，都或多、或少都有油料或液体的存在，这将都会影响重心的测量精度；

㈡ 基于力矩平衡原理测量物体的重量和重心位置，采用的是多个单支撑独力受力测量或轮重测量，物体受支撑力变形或因采用倾斜法测量时所产生的侧向力，均由支撑传感器或称重平台承担，因此影响称量精度。

㈢ 一般电子衡器在称重时时间很短，国标要求仅为30min,而物体重心测量如飞机称重时要做各种姿态调整、放油等试验，用时在6小时以上，因此重量、重心测量系统所用仪表、传感器的温度性能、传感器的蠕变性能、传感器的抗侧向力要求、以及称重平台的传力结构、平台架的结构形式等要求都将影响着测量结果。

㈣ 该系统一般为移动使用，如飞机称重所用（除固定式称重平台外）测量方法一般为可移动式的，因此地域变化较大，很难保证物体水平，同时其支撑传感器或称重板使用状态与标定状态不一致，影响着测量精度。

㈤ 对于大型设备的重心测量时，其安全性要求较高，如飞机、1200吨海工平台、汽车等设备的称重，因此在物体重量、重心系统的前期设计时，对其结构设计结构、软件设计、闭环控制设计以及重要的原材料选用和使用要求等方面都要进行慎重考虑和严格要求，以保证物体安全测量。

2、解决方法和措施：

㈠ 为保证系统的精度要求和长时间（大于6小时）连续称重，在设计称重平台结构时，保证称重平台中心绕度在zui大载荷作用下不大于传感器支撑点长度的1/1000，并要求称重平台的高度尽可能的低，以便降低系统称重平台重心，保证测量稳定、可靠、准确。

㈡ 为了减小或消除传感器在物体称重时的侧向力，保证系统的标定状态与使用状态一致，使称重系统误差符合要求，在设计称重系统的结构时，除传感器采用四柱式和双膜盒结构外，传感器附件采用了可滑移回位传力机构，该机构在称重平台组称重时可进行360度方向滑移30mm,当称重结束后附件自动回到原位，采用千斤顶式支撑形式时，在千斤顶座下的可回位滑板也是采用此原理设计的。

㈢ 为保证大于6小时的长时间加载稳定性要求，传感器弹性体采用合金钢40CrNiMoA或不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb，经专门、成熟的机加工艺加工和热处理工艺处理；传感器所用应变计须经过同批挑选、老化、去应力等处理，以及进行温度性能筛选，同时传感器进行用高性能、高精度检测设备严格的检测等措施，以保证传感器的长期稳定性要求，并从中再挑选性能指标优者（特别是温度、蠕变、滞后优者）。

㈣ 为保证安全性，在设计该系统用传感器时，除通过选择弹性体合理科学的结构外，并对传感器的安全负载能力（150%F.S）和极限负载能力（300%F.S），进行合理计算和严格保证；在称重平台上设计有阻轮挡条，在千斤顶式的称重系统中，在装有滑板的千斤顶与滑板之间设计有连接锁紧机构；在控制方面，除严格设计液压举升同步要求外，还通过采用位移传感器进行闭环控制以保证安全，可靠要求。

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