高速公路称重系统的构成原理和应用动态重量传感器的分类和实际选择方法。

收费费用是指用高速公路出口收费道路和开放式收费道路上设置的称重设备计量装卸车辆，根据标准费用在超载重量上加上补偿费用的措施。 以收费方式向装卸车辆征收通行费，能够有力地抑制道路破坏所使用的重大过载运输现象，也是通过经济手段管理过载运输的长期有效方法。 重量系统是重量计费系统的重要组成部分，重量系统的准确性和可靠性与重量计费的公平性和顺利实施直接相关。

一、动态称重系统的组成与原理

1 .重量系统主要由重量传感器、车辆分离器、轮胎识别器、地感线圈、控制柜组成。

重量传感器:主要完成车轴重量、速度检测、轴型判定等工作。

车辆分离器:用于提供车辆分离和开始、结束等信号。

轮胎识别器:主要用于检测车辆每轴轮胎数。

地感线圈:主要完成速度、倒车检测，与红外线分离器一起进行非车辆物体或人通过时的判断，减少错误。

控制柜:处理动态测力传感器和线圈传来的信息，经分析和处理得到车辆载荷信息。

2 .系统的工作原理

车辆进入收费车道，其车轴依次穿过铺设在车道面上的地检线圈、测力传感器、车辆分离器、车轴识别器，测力传感器检测每个轴的轴型、轴型(单轴、连轴)，轮胎识别器检测轮胎类型(单轴)的信息，车辆分离器能够正确地判别车辆是否完全通过。 车辆完全离开后，控制处理器将称量结果、车种判别结果等信息发送到车道计费计算机。 车道收费计算机根据收费费用对车辆实施收费，在收费显示画面上显示车辆的装载信息和应该支付的金额。 从整体工作原理来看，动态称重传感器是称重系统的重要设备，称重传感器的重量精度、稳定性直接影响称重系统的重量精度。

二、测压元件介绍

动态测重技术经过30多年的发展，由于各厂商开发了不同的技术进行动态测重，因此出现了各种传感器，根据原理通常分为以下几类

1 .弯曲板式传感器:

弯板式传感器是应变式传感器，利用集成在内部的应变仪网，根据测力传感器被压迫而产生应变的原理进行测量。 弯曲板传感器由内部集成应变片的金属板构成，为了防止长期的湿气渗透和腐蚀，在传感器表面复盖了高温硫化橡胶。 完全记录轮胎的压力信号，可正确测量车轮的载荷值。 目前广泛应用于高速公路上的高速低速称重。

2、称为台式传感器:

台式传感器是具备独立的压力传感器和剪切式压力传感器的平台，通过称量台将轴负荷压力传递给压力传感器进行称量。 该称重平台的形式广泛应用于传统的地磅，但由于有许多机械结构，在动态称重过程中，车辆动态行驶引起的不均匀交变冲击容易破坏平台，现已广泛应用于高速公路上的低速称重。

3 .共聚化合物式压电传感器:

共聚化合物式压电传感器利用共聚化合物的压电效应进行测定。 这种传感器是仅在压力变化时产生电位信号的动态传感器。 共聚化合物式压电传感器由金属管和放置在金属管上的压电电缆构成，有效长度通常可以扩展到1830mm、3600mm，宽度为20mm，由于是条形传感器，因此不能一次检测车轮载荷，在测定期间内通过累计信号用积分算法求出载荷。 传感器直接埋入路面，道路(特别是沥青混凝土路面)的变形影响很大。 混凝土路面和沥青路面的温度影响不同，难以补偿。 由于传感器设计简单，产品价格较低。 用于车辆分类时，其性能可以满足，但在动态重量测量中，其应用非常有限。 杠杆传感器寿命较短，受道路和安装质量的影响较大。 近年来，共聚化合物式传感器的开发取得了很大的成果，其性能进一步提高，其开发和研究正在进行中。

4、水晶式压电传感器:

水晶式传感器利用水晶的压电效应进行了测量。 压力使水晶晶体发生变化，产生与压力对应的电位。 水晶传感器是一种新型传感器，近年来由于其性能大幅提高，现在已经取得了一定的应用。 水晶传感器也是棒状传感器的种类，有长度为1m和0.75m两种，宽度为50mm，高度为44mm。 与共聚化合物传感器相同，水晶传感器也不能一次完全测量车轮载荷，通过积分累计算，但与共聚化合物传感器相比，水晶传感器的温度漂移极小，没有“鬼轴”现象，能够在低速高速的状态下称量，并且水晶的物理特性稳定，其灵敏度的经时变化小。 由于水晶传感器的安装也是直接埋入路面的方式，因此必然会受到路面变形的影响，并且更换时需要进行路面施工。

5、静电电容式传感器:

电容式传感器现在有条纹型传感器和电容式栅格型传感器两种。 其主要原理是利用电容效应，在传感器上施加压力时，两极板之间的间隔减小，其电容值发生变化，通过电路转换进行测量。

棒型电容式传感器和压力棒尺寸和安装形式一致。 其基本特性类似，主要问题是寿命低。 其自身精度为±3% RMS。 电容式传感器式新型传感器结构平坦，目前主要用于便携式重量测量设备。 其他传感器:现在除了一些主要的传感器外，还有一些公司开发了一些动态重量传感器，主要采用应变仪技术，因为现在正处于研发阶段，所以不能进一步说明。

三、主流传感器的比较

现在，在全国实施收费的省份，重量传感器主要使用弯曲板式和台式两种，其他的传感器很少用于高速公路的收费。 以下从八个方面对这两种重量传感器进行比较分析。

1 .发展历史

台式传感器是从传统汽车平衡的发展发展而来的，从传统的地磅重量逐渐提高重量要求，对设备体积长度要求高的情况下，变更为轴重量衡器，重量车辆的各轴，累积数据得到整车的重量，从静态重量发展为低速动态重量。

弯板式传感器是应变式传感器，利用集成在内部的应变仪网，根据测力传感器被压迫而产生应变的原理进行测量。 最初是用于汽车过载的事前检查的高速动态重量计测设备，后来为了适应道路的重量计费，改良了计算系统，重点改善了低速区间的重量计测，是因为从高速动态重量计测发展到了低速动态重量计测。

2 .安装方式

台式传感器对路面水平要求高，路面破坏大，路面要挖深坑(深70-80cm )加固基础。 框架用混凝土固定在路面上后，混凝土必须凝固和养护，无法安装称重平台。 一套称重系统的施工周期需要20天左右，对开通费用的车道有很大影响。

弯曲板式传感器可沿地面设置，施工周期短，路面破坏少，设置时无需重建基础，在路面上切割宽60cm、深5-6cm的坑，用专用粘接剂使支撑基板和路面一体流入，12小时后专用粘接剂完全固化，只需将弯曲板安装在支撑板上即可，重量测量系统

3 .对排水的要求

据说台式传感器浇灌深基坑会影响称重精度。 称重设备的排水管路出口一般低于收费广场排水沟底，需要增加排水井和自动潜水泵，保证及时排水和人工清除。 弯曲板式传感器本身是防水设计，而且是以浅层安装的，因此对排水的要求很低。

4 .湿气和废气对设备寿命的影响

台式传感器主要由钢架构成，经过一定的防腐处理，但是很难完全解决湿气和汽车尾气等设备的腐蚀问题。 弯板式传感器采用集成传感器技术，经过专用硫化橡胶表面密封和防腐处理，目前所有传感器中能完全防腐、持续浸水仍是正常工作。

5 .寿命

弯曲板式传感器由于机器本身没有运动器，如果没有维护，寿命将达到10年以上。 台式传感器被称为机械运动器，在没有维护的情况下，其测力传感器一般使用1~2年必须更换。

6、设备价格

台式传感器的平均价格较低，卡车日流量较少的收费站的性价比较高。 弯板式传感器的价格很高。

7 .使用性能

秤的台上重量传感器采用机械运动结构，耐冲击性差，运转一段时间台会变形。 称呼台和称呼框有摩擦现象会影响称重精度。 这种影响主要表明，测量相同质量时，正反行程的测量值不一致。 更重要的是，在存在摩擦现象的情况下，动态校正函数发生变化，计量设备的动态计量性能下降，需要进行修理和标定。 弯曲板式传感器由特殊的硬质合金板材制成，没有运动部件，能够有效地解决车辆通过时剪切力对重量精度的影响。 能够检测出完全的轴重信号的是动态重量测定装置- -重量测定速度范围广，抗冲击性强，重现性好。

8 .运行和维护成本分析

秤上传感器有运动器时，主称台和基础之间必须留有不能密封的间隙，车道内的垃圾、砂土、碎石等从间隙落入坑中时，秤台下会产生淤泥，影响重量精度。 提起称重台清理坑后，必须再次用法定机构测量称重精度，称重台每一年至两年更换传感器，每年维护成本高。

弯板式传感器采用免维护结构，如果日常运行需要清扫或维修路面，可轻松拆卸重量传感器，重新安装标定，年维护成本低。


称重系统的整体精度必须以各构成部分(包括各种硬件和软件)的精度来保证。 动态重量传感器是其中的重要设备，直接影响整个系统的重量精度。 在实际选型时，应综合考虑成本、卡车日流量、路面平整度、气候条件等因素，选择符合工程实际需求的实用可靠的传感器产品。