隨著國民經濟的快速發(fā)展，電子
汽車衡作為一種準確、便利、快捷的稱重設備，被廣泛應用于冶金、礦山、建材、糧食等行業(yè)，給人民的生產、生活帶來極大的幫助。但隨之而來的是它也會被不法之人利用，通過一定的作弊手段而改變其計量準確度，而且這種作弊的方式和手段正在花樣翻新，層出不窮。為了維護消費者的權益，保證計量器具的準確度不受其他方式和手段的影響，本文主要探討電子汽車衡作弊的方法與防范措施。
一、電子汽車衡的工作原理及稱重原理
1. 電子汽車衡的工作原理
載荷作用于承載器（秤臺）上，在重力作用下通過承載器（秤臺）將重力傳遞至稱重傳感器。重力使稱重傳感上的彈性體產生彈性形變。貼在傳感器彈性體上的應變計橋路失去了平衡，從而輸出了與重量數值成正比的電信號，經放大器將電信號放大，再經 A/D 轉換器將電信號換成數字信號，由中央處理器（CUP）處理重量信號后再經顯示裝置（儀表）顯示，也可配置電腦儲存或打印機打印。
2. 電子汽車衡的稱重原理
電子
汽車衡的稱重原理是由兩次稱重步驟構成一次完整的稱重過程。即稱一次毛重隨后再稱一次皮重。兩次稱重結果的差值為凈重，即（凈重 = 毛重—皮重）為稱重結果。
二、電子汽車衡作弊的方法與防范措施
作弊是一種人為改變計量器具的準確度來達到私利的行為。作弊大致可分為以下兩類：（1）按作弊行為人主觀意識分為主動作弊和被動作弊；（2）按手段的不同分為技術作弊和非技術作弊。
1. 非技術類作弊
人為在秤重步驟或秤重環(huán)節(jié)上做手腳而改變電子汽車衡準度的行為。具體方法有：（1）對計量車輛采取帶掛車過重，而單車回皮的手段達到提高凈重的目的；（2）利用被稱重車輛載以損耗物體（如水）在回皮進將水倒掉，或在駕駛室多坐人員稱重，回時多坐人員下車而達到提高凈重的目的；（3）稱重時車的整體不完全壓在承載器（秤臺）上，一部分輪胎壓在秤的基礎，俗稱“壓也”。
案例一：有一家糧食收購企業(yè)，企業(yè)有一臺 100 噸電子汽車衡，該企業(yè)的檢斤員被糧販子收買。他們出于利益原因達成默契，內外勾結。采取加滿油箱的重車進行毛重檢斤，再利用近乎空油箱的同款車進行回檢皮重，從而增加凈重的目的。
案例二：一家收購企業(yè)有一臺 80 噸的電子汽車衡，賣貨方發(fā)現越重車載荷量差的越多，即向有關部門舉報。經當地計量檢定部門排查，發(fā)現在該秤臺的下面有一塊大石頭，當載荷量少于 20 噸時，秤體在載荷的作用下接觸不到此石頭，秤量沒什么影響。當秤量超過 20 噸時，秤體在載荷的作用下與石頭接觸，石頭上有一個托力，傳感器輸出信號減小，實際載荷量也就減小了，以此達到作弊的目的。因此，質檢部門處理了這家企業(yè)。
防范非技術類作弊方法的措施有：（1）對檢斤人員加強思想教育，增強防范意識多觀察，對一個車的大概毛重和皮重時的狀態(tài)要明了清晰，不給不法分子可乘之機；（2）在檢秤的可控范圍內安裝監(jiān)視探頭，不留死角，監(jiān)視車輛停放秤臺的位置和車輛上人員與其他狀況，并把記錄情況備份，并可隨時調閱；（3）安裝紅外線檢測儀和車輛識別系統(tǒng)，既可以監(jiān)控車輛停放位置，又可以識別是否是同一臺車輛進行的兩次檢斤過程。
2. 技術類作弊
利用技術手段來影響傳感器檢出信號，從而改變電子汽車衡準確度的行為。具體方式有：（1）在傳感器上安裝作弊設備、遙控裝置來輸出信號，改變稱量作弊；（2）在儀表 ( 顯示裝置 ) 內安裝作弊設備，通過遙控裝置改變輸出信號來改變稱量作弊；（3）在電纜上安裝作弊設備來改變輸出信號，通過遙控來改變稱量作弊。
案例一：一家收廢鐵來煉鋼的廠子有一臺 100 噸電子汽車衡，曾多次被不法分子安裝作弊設備。第一次是在一支傳感器上安裝一個帶小電瓶的作弊設備，作弊設備上有兩根線與傳感器上的信號線連接，當作弊的車輛上秤臺時，不法分子通過遙控裝置發(fā)出信號改變稱量而達到作弊的目的。第二次是在儀表上安裝了一個五毛錢硬幣大的電子裝置，而后通過遙控裝置來隨時改變稱量來作弊。
案例二：新疆有一個棉花收購企業(yè)，有一臺 100 噸電子汽車衡，在別的秤上稱重后到此企業(yè)賣棉花，每秤必會相差幾百斤不等，就向當地計量部門舉報。當地計量部門現場細致排查傳感器、儀表，并進行現場檢定，但沒發(fā)現什么問題。最終發(fā)現進戶線有部分掩埋在地下，就破土挖出此線，發(fā)現在近 1 米深的地下的電纜線上連接一個作弊裝置。最后，此企業(yè)被嚴肅處理，并對當事責任人追究了刑事責任。
技術類作弊的預防措施：（1）要細致檢查易作弊的部件，查看傳感器、儀表、電纜上是否有多出的附加設施，盡可能將傳感器線纜和進戶線用鋼管套起來，避免外露；（2）當地的檢測機構要定期檢定電子汽車衡，并對儀表和接線盒用專用鉛封。一旦專用鉛封遭破壞，企業(yè)要立即上報檢測機構；（3）觀測車輛上秤后顯示數值變化是否穩(wěn)定，卸載后是否馬上歸零；（4）若有可能，購買防作弊裝置，用屏弊信號干擾來防止作弊；（5）加大打擊力度，對違法犯罪的要及時移送司法機關追究刑事責任；（6）加大科技投入，安裝紅外線系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)和監(jiān)控設備，加強監(jiān)控和管理電子汽車衡。
三、結語
只有了解
汽車衡作弊的方式方法，并正確運用預防手段，增強防范意識，才能夠更好的使用電子汽車衡，使電子汽車衡更好地為我們的生產生活而服務。
汽車衡傳感器性能淺析
目前在汽車衡設計制造中采用的傳感器主要為柱式傳感器與橋式傳感器，本文通過理論分析、試驗論證，對兩種傳感器的優(yōu)缺點進行了分析，對適用范圍提出了觀點，可以為汽車衡設計、選型提供一些參考。
一、引言
目前，我國的汽車衡制造業(yè)所采用的稱重傳感器以柱式傳感器和橋式傳感器最為普遍，關于柱式傳感器與橋式傳感器的優(yōu)劣問題也一直爭論不休，那么柱式傳感器與橋式傳感器各有什么優(yōu)缺點呢？今天把自己在長期從事衡器設計、制造中對這兩種傳感器的一些理解、思考、體會拿出來與大家做一個交流，希望能起到一個拋磚引玉的作用，引起更多人的思考、研究。不足之處，希望大家給予批評指正。
電子衡器所用的傳感器基本上都是應變式稱重傳感器，應變式稱重傳感器從設計原理上分為正應力傳感器與剪切應力傳感器。正應力傳感器是通過測量拉伸、壓縮和彎曲應力來進行工作的；剪切應力傳感器是通過測量剪切應力進行工作的。正應力傳感器的典型代表是柱式傳感器，剪切應力傳感器的典型代表是橋式傳感器。
二、權威文獻對柱式傳感器與橋式傳感器的描述
(一)柱式稱重傳感器
關于柱式傳感器的特點，《中國衡器實用技術手冊》中的描述如下：結構緊湊，幾何形狀簡單，設計計算、機械加工、熱處理、電阻應變計粘貼等均較容易；剛性較大，固有頻率高，動態(tài)響應快；通過外殼和膜片易于實現焊接密封和抽真空充氮新工藝。但其缺點也很突出，主要有：固有線性差，最大可達0.3%FS以上。這是因為圓柱式彈性元件在承受拉向載荷時，隨著載荷的增加橫截面由于橫向收縮而減小，故應力與應變超比例的增加，使輸出大于線性值。當承受壓向載荷時，隨著載荷的增加，彈性元件橫截面由于橫向變粗而增大，故應力與應變小于比例增加，使輸出小于線性值。外載荷越大，非線性誤差越大。只有進行非線性補償，才能使稱重傳感器達到較高的準確度等級。
試驗證明，在一般情況下，單柱式稱重傳感器抗水平側向載荷的能力，在其額定載荷的10% 以下，而整體三柱式傳感器可達30%，整體四柱 式傳感器可達50%，作為傳感器的應用性能是至 關重要的。
而整體三柱式、 四柱式傳感器由于加工工藝復雜，制造成本太高，因此在市場上見不到，目前市場上的柱式傳感器均為單柱式傳感器。
(二）橋式稱重傳感器
20世紀70年代中期，為克服測量正應力應變式負荷傳感器的各項缺點，美國學者霍格斯特姆開創(chuàng)了不應用彈性元件的正應力而利用剪切應力設計和制造傳感器的先例，為剪切應力傳感器的發(fā)展奠定了理論基礎。由于剪切應力傳感器的彈性元件多為受剪的直梁結構，剪力沿梁的長度方向為一個常量，所以輸出靈敏度對加載點變化不敏感；剪切梁在拉伸、壓縮載荷作用下，變形量幾乎一致，使得拉壓靈敏度對稱性好；利用結構對稱和貼片組橋技巧，極大地提高了抗側向和偏心載荷能力；并且外形低、剛度大、固有線性好、容易防護密封。正是這些正應力傳感器無法具備的特點，使得剪切應力稱重傳感器在電子衡器制造業(yè)得到了廣泛應用，形成了一個強大的發(fā)展潮流。
橋式稱重傳感器有如下特點：
(1）剪力沿應變梁長度方向為一常量，稱重傳感器輸出與梁彎矩無關，只與剪切應力成比例，因而輸出對加載點變化不敏感；
（2）由于應變區(qū)為工字梁，在腹板上中性軸處的應力單元為純剪狀態(tài)，在外載荷作用下受剪的截面積不發(fā)生變化，各電阻應變計產生基本相同的電阻變化，固有線性好；
（3）因為工字型截面剪切應力分布比較均勻，電阻應變計粘貼在四個盲孔內的最小寄生應力區(qū)，應用貼片和組橋技巧，可以提高抗側向和偏心載荷的能力；
(4）電阻應變計及補償元器件均在盲孔內，不僅得到了最好的保護，還便于用聚胺酯灌封，防護等級高；
(5)加載點和兩個支撐點自成平衡力系，安裝維護方便；
(6）鋼球與球座接觸傳遞外載荷理論上為點接觸，實際是一個很小的接觸圓。由于鋼球只傳遞軸載荷，不傳遞橫向載荷和橫向扭矩，保證了測量準確度。
三、行業(yè)對于對柱式傳感器與橋式傳感器的爭論焦點
(一)柱式傳感器較橋式傳感器動態(tài)響應快
柱式傳感器固有頻率高（幾萬到十幾萬赫茲），動態(tài)響應快。
橋式傳感器固有頻率低（幾千赫茲），動態(tài)響應相對較慢。
(二）柱式傳感器較橋式傳感器安裝要求高，調整麻煩。
四、對這兩個問題的理解
(一)動態(tài)響應速度問題的理論分析
單純看兩種傳感器的固有頻率，確實柱式傳感器的固有頻率數十倍于橋式傳感器，這是不爭的事實。然而，秤是由秤體、傳感器和儀表組成的，秤的響應速度才是決定使用性能的最終因素。秤的響應速度主要由秤體的響應速度、儀表的響應速度、傳感器的響應速度共同決定。
關于儀表的響應速度，隨著電子技術的飛速發(fā)展，制造高分辨率、高響應速度的儀表已經不是難事。但是提高秤體的響應速度確實不易，目前各生產廠家的秤體結構、使用材料大同小異，秤體的固有頻率通常在3hz?5hz，且無法進一步提高。經過多次試驗測得100t秤體的固有頻率約為4.2hz，其他噸位的秤體也差異不大。即秤體震蕩一個完整的波形需要1/4.2秒（238.1m)。即秤 體的響應時間為238.1ms。因此，一臺秤的響應時間取決于秤體的響應時間。
實驗測試
我們設計了一個實驗，以期分析柱式傳感器與橋式傳感器在汽車衡中的應用性能差別，試驗方法如圖1所示。
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在同一臺秤上同時安裝柱式傳感器與橋式傳感器，將它們的信號同時引入儀表，采集車輛通過秤臺時的信號波形。結果采集到的兩種傳感器的輸出波形驚人的一致，如圖2、圖3所示。為什么會出現這樣的情況呢？因為秤體固有頻率只有幾赫茲，而橋式傳感器固有頻率在上千赫茲，已完全滿足衡器數據采集需要，柱式傳感器更高的固有頻率發(fā)揮不出優(yōu)勢。
通過實驗，可以得出結論：兩種傳感器應用在汽車衡中時，他們的性能沒有差異。實驗結果與理論分析完全吻合。
(二)關于傳感器安裝
(1)柱式傳感器安裝
柱式傳感器安裝時要求傳感器中心線與地面垂直，這是大家共知的事實。這是傳感器自身結構所決定的。關于柱式傳感器為什么要豎直安裝，學術界有兩種理論。
1）分力學說
如圖4所示，如果安裝不豎直，當傳感器受到外力F的作用時，力F會分解為Fy、Fx兩個分力，Fy平行于傳感器軸線，使傳感器產生變形。也就是說傳感器所檢測到的力為Fy。因此會產生誤差。
2）截面變化學說
如圖5所示，當傳感器傾斜安裝時，其彈性體的截面積發(fā)生了變化，為與力的作用線垂直的截面1，所以會產生誤差。
這兩種學說從兩個不同的角度分析了柱式傳感器安裝不豎直時，產生誤差的原因。按照這兩種理論計算出來的結果是一致的。
(2)橋式傳感器安裝
橋式傳感器，由于剪力沿應變梁長度方向為一常量，稱重傳感器輸出與梁彎矩無關，只與剪切應力成比例，因而輸出對加載點變化不敏感。所以橋式傳感器的安裝精度要求遠低于柱式傳感器。
五、柱式傳感器與橋式傳感器應用體會
(一)兩種傳感器對基礎的要求
經過多年的實踐積累，我們總結出柱式傳感器對基礎預埋板的水平度要求較高，預埋板水平度達到1/500時（預埋板為500x 500mm時，傾斜度不大于1mn)，傳感器可正常工作。橋式傳感器預埋板水平度1/200時，即可正常工作。
(二)關于坡道安裝問題
由于柱式傳感器抗側向力較差，安裝時傳感器中心線應與地面垂直。因此，國內知名度較高的衡器企業(yè)使用柱式傳感器時，均采取秤體水平安裝的方式。當秤體安裝在有坡度的高速公路收費站時，秤體兩端采取調坡處理的方式。
而橋式傳感器輸出與梁的彎矩無關，只與剪切應力成比例，輸出對加載點的變化不敏感，且其抗偏載能力強，所以使用橋式傳感器的秤體可以實現順坡安裝。目前在高速公路收費站順坡安裝的秤體已超過3000臺，其中最大安裝坡度為 5.6%，均工作正常。
(三)溫度變化的影響
在我國大部分地區(qū)，夏季正午陽光直射下，秤體表面溫度可達60°C以上，而夜間又會降至 30°C以下，一天之內溫差達30°C以上，對于21m 長的秤體，熱脹冷縮可達10mm，因此無法保證傳感器始終垂直于地面。而冬季與夏季秤面溫差甚至可達60°C以上，秤面熱脹冷縮可達20mm以上。如何消除熱脹冷縮對傳感器工作的影響，目前行業(yè)上沒有成熟的解決方案。
為研究秤體熱脹冷縮對計量性能的影響，筆者設計了一個試驗：選用一臺汽車衡分別安裝柱式傳感器與橋式傳感器，測量隨著溫度變化，其稱量精度變化情況。
實驗設計：
秤臺尺寸：3.4mx 21m，安裝10只30t傳感器；
試驗氣候條件：8月中旬，晴天，枰體露天安裝；
傳感器：柱式傳感器為進口某國際知名品牌，橋式傳感器為國產某知名品牌；
試驗載荷：30t標準柱碼，靜態(tài)測量；
測量時間點:8:00，14:00，20:00。
通過實驗可以看出，尺寸大且安裝柱式傳感器的衡器確實會因為溫度變化秤體出現熱脹冷縮，導致傳感器傾斜，引起較大誤差；而安裝橋式傳感器的衡器會好得多。
六、柱式傳感器與橋式傳感器優(yōu)缺點
(一）柱式傳感器
（1）彈性體為回轉體，主要采用車削加工，生產效率高；
(2)因為材料抗壓性能較好，柱式傳感器可以做得體積很小，但超載性能依然不降低；
(3)抗偏載性能不好，對加載點變化敏感，安裝要求高。
(二）橋式傳感器
(1)抗偏載能力強，對加載點的變化不敏感，安裝要求低，調整方便；
(2)體積龐大，制造材料消耗多，要求安裝空間大，搬運笨重。
七、兩種傳感器的適用范圍
根據多年的衡器設計、制造、安裝經驗，以及理論研究分析，筆者對衡器設計時傳感器選用有以下幾點體會，僅供參考。
(1)在一些大型的煤倉秤、料斗秤、室內使用的衡器以及傳感器安裝空間受限的衡器中，柱式傳感器由于體積小，過載能力好，有較大的優(yōu)勢。
(2)在幾何尺寸較大且室外安裝，熱脹冷縮影響較嚴重的衡器中，橋式傳感器更為適用。
(3)需要在坡道安裝的大型衡器，由于橋式傳感器抗偏載能力強，對加載點變化不敏感，宜選用橋式傳感器。
