石英称重传感器 石英式称重传感器精度试验分析

石英式称重传感器精度试验分析

首先项目组制定了针对石英式和平板式不停车称重设备现场试验测试调研表格，并联合浙江和北京治超路政大队开展了 10 多个超限不停车检测点现场测试和数据调研，部分现场测试调研。

针对正常通行的货运超限车辆，没有人工干预和拦截。组织治超站人员对通过治超非现场执法点的违法超限车辆引导至固定站静态秤进行静态称重，并将两者数据填报于非现场治超站点不停车称重设备情况调研表( 表 1) ，检测点现场测试测试车辆不少于 10 辆。

石英( 进口和国产两种) 、平板、窄条、弯板五种不停车称重检测设备的精度测试数据样本数据共106 个，测试结果如图 7 所示。误差绝对值 = ( 动态称重总重量 － 静态地磅总重量) / 静态地磅总重量* 100% 。从图7 可以看出，石英( 进口和国产两种) 、平板在 10km / h ～ 60 km / h 速度范围内，货车动态称重总质量误差绝对值都5% ，达到了 JJG 907《动态公路车辆自动衡器检定规程》5 级精度的要求。窄条和弯板两种不停车称重检测设备部分误差绝对值超出了 5% 的精度要求。

广州聚杰石英式称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将货车重量信号转换成电信号， 实现动态称重，当石英晶体圆片沿 X轴方向受力 Px 作用时，在垂直于 Fx的平面上产生电荷，而且其外力与产生的电荷存在线性关系，通过收集输出电荷放大后，计算出传感器受力。石英晶体的压电效应是 由于外力作用下石英晶体内的硅原子和氧原子的位 置产生相对变形，正电荷和负电荷的重心互相移位 所至，产生的电荷由覆盖在石英晶体表面的电极板。这一过程仅在货运车辆发生位移时产生，一旦位移 停止则不在发生压电效应。也就是说，传感器仅仅 在受压变形的过程中有电荷输出，一旦压力稳定，传 感器不在形变则停止输出电荷。这就导致了石英传 感器无法实现静态测量或者无法对走走停停的超限 货运车辆实现准确称重。另外，石英晶体传感器因 尺寸原因，无法做的很宽，一般只有 5cm 左右，小于轮胎接地面积，车辆在通过时，部分载荷被分配到地 面上了，测量采用的是部分轮载力的方式。

石英晶体传感器检测到的载荷 P1 是小于实际轮轴载荷 P0 的。因此，石英晶体传感器是通过计算轮胎接地面积和传感器面积之间的比值，通过积分法来计算的，简单来说，轮胎接地面积越接近传感器面积，则检测出的载荷 P1 和实际载荷P0 越接近。

如图 10 所示，已知石英晶体传感器前后 2 条之间距离 L1 安装距离，车辆通过前后 2 条传感器时间间隔 t1 ( 可通过前后 2 个波形间隔计算出) 这样就可以测出车速 V= L1 /t1 。车轮通过每 1 条传感器都会形成 1 个波形，这个波形起止的时间间隔就是车轮通过传感器的时间 t2 ，可计算出速度 V，那么 t2 * V可以得到一个长度，而这个长度就是车轮接地长度L0 + 传感器宽度度 L2 ，即 L0 + L2 = t2 × V，最后得出 L2 = t2 × L1 /t1 － L2 。在本公示中，L1 和 L2 都是固定 值，t1 和 t2 时测量值，它们取决于车辆通行时的车速，而且前提时测量 t1 和 t2 时车速是一致的。如果车辆在通过 2 个传感器之间时变更车速，则直接影响测量结果。尤其是测量在超低速时，车辆在通过前后 传感器时车速可以差好多倍，严重影响车货总重量 的测量结果。如果车辆采用作弊行驶的方式，在检 测区蹲称不走，或走走停停，会直接导致数据精度降 低，甚至无法采集到货运车辆重量数据。

从建设、施工和后期维护全周期寿命角度来看， 平板式和石英式不停车动态称重传设备各有利弊。产品价格方面，平板动态称重传设备一次性建设投 资费用略高于石英动态称重传设备( 按国内石英布设 3 条/ 车道) ，大约高出约 5 万元/ 车道的初期投资成本。在施工成本方面，平板动态称重传设备对路 面的平整度要求仅限于安装称台台面的两侧 1m 范围内有要求，而石英动态称重传设备则要求布设长度范围内的路面需专门打磨和做平整度的处理，施工成本高于平板动态称重传设备。在后期运营维护方面，石英晶体传感器是一次性封装于路面中，路面破损后无 法再次利用，需要重新开挖路面进行更新维护; 平板动态称重传设备通过在台面上预留维护孔，可方便的拆卸、更换压力传感器，不需要重新开挖路面，平板框体也可循环利用，因此，平板动态称重传设备后期运营维护成本要低于石英式不停车动态称重传设备。

石英式称重传感器精度试验分析

首先项目组制定了针对石英式和平板式不停车称重设备现场试验测试调研表格，并联合浙江和北京治超路政大队开展了 10 多个超限不停车检测点现场测试和数据调研，部分现场测试调研。

针对正常通行的货运超限车辆，没有人工干预和拦截。组织治超站人员对通过治超非现场执法点的违法超限车辆引导至固定站静态秤进行静态称重，并将两者数据填报于非现场治超站点不停车称重设备情况调研表( 表 1) ，检测点现场测试测试车辆不少于 10 辆。

石英( 进口和国产两种) 、平板、窄条、弯板五种不停车称重检测设备的精度测试数据样本数据共106 个，测试结果如图 7 所示。误差绝对值 = ( 动态称重总重量 － 静态地磅总重量) / 静态地磅总重量* 100% 。从图7 可以看出，石英( 进口和国产两种) 、平板在 10km / h ～ 60 km / h 速度范围内，货车动态称重总质量误差绝对值都5% ，达到了 JJG 907《动态公路车辆自动衡器检定规程》5 级精度的要求。窄条和弯板两种不停车称重检测设备部分误差绝对值超出了 5% 的精度要求。

广州聚杰石英式称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将货车重量信号转换成电信号， 实现动态称重，当石英晶体圆片沿 X轴方向受力 Px 作用时，在垂直于 Fx的平面上产生电荷，而且其外力与产生的电荷存在线性关系，通过收集输出电荷放大后，计算出传感器受力。石英晶体的压电效应是 由于外力作用下石英晶体内的硅原子和氧原子的位 置产生相对变形，正电荷和负电荷的重心互相移位 所至，产生的电荷由覆盖在石英晶体表面的电极板。这一过程仅在货运车辆发生位移时产生，一旦位移 停止则不在发生压电效应。也就是说，传感器仅仅 在受压变形的过程中有电荷输出，一旦压力稳定，传 感器不在形变则停止输出电荷。这就导致了石英传 感器无法实现静态测量或者无法对走走停停的超限 货运车辆实现准确称重。另外，石英晶体传感器因 尺寸原因，无法做的很宽，一般只有 5cm 左右，小于轮胎接地面积，车辆在通过时，部分载荷被分配到地 面上了，测量采用的是部分轮载力的方式。

石英晶体传感器检测到的载荷 P1 是小于实际轮轴载荷 P0 的。因此，石英晶体传感器是通过计算轮胎接地面积和传感器面积之间的比值，通过积分法来计算的，简单来说，轮胎接地面积越接近传感器面积，则检测出的载荷 P1 和实际载荷P0 越接近。

如图 10 所示，已知石英晶体传感器前后 2 条之间距离 L1 安装距离，车辆通过前后 2 条传感器时间间隔 t1 ( 可通过前后 2 个波形间隔计算出) 这样就可以测出车速 V= L1 /t1 。车轮通过每 1 条传感器都会形成 1 个波形，这个波形起止的时间间隔就是车轮通过传感器的时间 t2 ，可计算出速度 V，那么 t2 * V可以得到一个长度，而这个长度就是车轮接地长度L0 + 传感器宽度度 L2 ，即 L0 + L2 = t2 × V，最后得出 L2 = t2 × L1 /t1 － L2 。在本公示中，L1 和 L2 都是固定 值，t1 和 t2 时测量值，它们取决于车辆通行时的车速，而且前提时测量 t1 和 t2 时车速是一致的。如果车辆在通过 2 个传感器之间时变更车速，则直接影响测量结果。尤其是测量在超低速时，车辆在通过前后 传感器时车速可以差好多倍，严重影响车货总重量 的测量结果。如果车辆采用作弊行驶的方式，在检 测区蹲称不走，或走走停停，会直接导致数据精度降 低，甚至无法采集到货运车辆重量数据。

从建设、施工和后期维护全周期寿命角度来看， 平板式和石英式不停车动态称重传设备各有利弊。产品价格方面，平板动态称重传设备一次性建设投 资费用略高于石英动态称重传设备( 按国内石英布设 3 条/ 车道) ，大约高出约 5 万元/ 车道的初期投资成本。在施工成本方面，平板动态称重传设备对路 面的平整度要求仅限于安装称台台面的两侧 1m 范围内有要求，而石英动态称重传设备则要求布设长度范围内的路面需专门打磨和做平整度的处理，施工成本高于平板动态称重传设备。在后期运营维护方面，石英晶体传感器是一次性封装于路面中，路面破损后无 法再次利用，需要重新开挖路面进行更新维护; 平板动态称重传设备通过在台面上预留维护孔，可方便的拆卸、更换压力传感器，不需要重新开挖路面，平板框体也可循环利用，因此，平板动态称重传设备后期运营维护成本要低于石英式不停车动态称重传设备。

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