本文介绍了高速公路称重系统的组成原理和所应用到的动态称重传感器的分类和实际选型方法。

计重收费是一种通过安装在高速公路出口收费车道或开放式收费站收费车道的称重设备对载货车辆进行称重，并在标准收费基础上对超载重量加收补偿性费用的措施。对载货车辆按计重收费方式收取通行费，能有力遏制对道路破坏性使用的严重超载运输现象，也是通过经济手段治理超载运输的长期有效办法。称重系统是计重收费系统的重要组成部分，称重系统的准确性和可靠性与否，直接关系计重收费的公平和顺利实施，本文就称重系统中的关键设备称重传感器进行介绍及比较。

一、动态称重系统构成及原理

1、称重系统主要由称重传感器、车辆分离器、轮胎识别器、地感线圈、控制柜组成。

称重传感器：主要完成车轴的称重、速度检测、轴型判断等工作。

车辆分离器：用来进行车辆的分离及提供开始、结束等信号。

轮胎识别器：主要用来检测通过车辆每轴的轮胎数。

地感线圈：主要用来完成测速、倒车的检测，并与红外线分离器一起对非车辆以外的物体或人通过时的判断，减少出错。

控制柜：处理动态称重传感器和线圈送来的信息，经过分析和处理得出车辆的载荷信息。

2、系统工作原理

车辆驶入收费车道，其轮轴依次压过铺设在车道路面中的地感线圈、称重传感器、车辆分离器、轮轴识别器，称重传感器将检测出每轴轴重、轴型（单轴、联轴），轮胎识别器将检测出轮胎类型（单双胎）信息，车辆分离器可准确判别车辆是否完全通过。当车辆完全离开后，控制处理器将称重结果、车型判别结果等信息传输到车道收费计算机。车道收费计算机依据计重收费费率对车辆实行计重收费，并将车辆的载重信息和应交纳的金额显示在计重显示屏上。从整个工作原理可以看出，动态称重传感器是计重收费系统的关键设备，称重传感器的称重精度、稳定性将直接影响到计重收费系统的称重精度。

二、称重传感器介绍

动态称重技术经过了三十多年的发展，各个不同的厂商开发了不同的技术来进行动态称重，因而也出现了各种不同种类的传感器，根据原理不同通常可以分为以下几类：

1、弯板式传感器：

弯板式传感器是一种应变式传感器，利用集成在内部的应变片网，根据称重板受压后产生形变的原理进行测量。弯板传感器是由在内部集成了应变片网的金属板构成，为防止长期潮湿渗透和腐蚀，传感器表面覆盖一层高温硫化橡胶。可以完整的纪录轮胎的压力信号，真实的测量轮载值。在目前在高速公路中的高速、低速称重中有广泛应用。

2、称台式传感器：

称台式传感器(由称重平台、压力传感器组成，本文中简称“称台式传感器”)是带有独立的压力传感器或剪切式压力传感器的平台，是通过称重平台将轴载压力传递到压力传感器上，进行称量。 这种称重平台形式在传统的地磅中得到广泛的应用，但由于有过多的机械结构，因而在动态称量过程中，车辆的动态行驶产生的不均匀交变冲击容易损坏平台，目前在高速公路中的低速称重中有广泛应用。

3、共聚化合物式压电传感器：

共聚化合物式压电传感器是利用共聚化合物的压电效应进行测量的。此种传感器是一种动态传感器，只对压力的变化产生电势信号。共聚化合物式压电传感器是由一个金属管以及放置在其中的压电电缆构成，有效长度通常为1830mm，可扩展到3600mm，宽度为20mm，为条状传感器，不能一次测出车轮载荷，通过在测量期间信号累加，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)的形变对其影响较大。混凝土路面和沥青路面的温度影响不同，并且难于补偿。由于传感器设计简单，其产品价格相对较低。在用于车辆分类时其性能是令人满意的，但在动态称重中，其应用非常有限。 条形传感器的使用寿命相对较短，并且受公路以及安装质量影响较大。 在近几年中，共聚化合物式传感器的开发上取得了许多重大的成果，其性能得到了进一步的提高，并且其开发和研究工作一直在进行。

4、 石英式压电传感器：

石英式传感器是利用石英的压电效应进行测量的。压力使石英晶体产生变化，因而产生和压力成对应关系的电势。 石英传感器是一种新型的传感器，近几年由于其性能得到较大的提高，目前得到一定的应用。石英传感器也属于条形传感器一类，长度有1m和0.75m两种，宽度为50mm，高度44mm。和共聚化合物传感器一样，石英传感器也不能一次完整的测量出轮载，而是通过积分累加进行计算的，但是和共聚化合物传感器相比较，石英传感器的温漂极小，也没有“鬼轴”现象，低速、高速状态下均可进行称量，同时石英的物理特性比较稳定，其灵敏度随时间变化较小。石英传感器的安装也是采取直接埋入路面的方式，因而也不可避免的受到路面形变的影响，同时更换时需要路面施工。

5、电容式传感器：

电容式传感器目前有两种形式，一种是条状传感器，另一种是电容网式传感器。其主要原理是利用电容效应，当压力压在传感器上，导致两个极板间的间距减小，其电容值发生变化，通过电路转换，进行测量。

条形电容式传感器与压力棒在尺寸和安装形式上是一致的。其基本特性相类似，主要问题是寿命较低。本身精度为±3% RMS。 电容网式传感器式一种新型的传感器，其结构为平板式，目前主要用于便携式称重设备。 其它传感器： 目前除了以上几种主流传感器外，一些公司还开发一些动态称重传感器，主要是采用了应变片技术，目前处于研发阶段，因而无法进行进一步说明。

三、主流传感器比较

目前在全国实行了计重收费的省份，称重传感器主要用了弯板式和称台式2种，其它传感器用于高速公路计重收费方面很少，下面从8个方面对这2种称重传感器进行比较分析。

1、发展历史

称台式传感器是由传统的汽车衡发展演变而来，由传统的地磅称重逐渐演变为对称重要求不高，对设备体积长度要求较高的的场合，改为轴重衡器，即对车辆的每个轴进行称重，得出数据累加得出整车的重量，是由静态称重发展为低速动态称重。

弯板式传感器是一种应变式传感器，利用集成在内部的应变片网，根据称重板受压后产生形变的原理进行测量。最开始为汽车超载预检的高速动态称重设备，后来为适应公路计重收费场合，研发改进了计算系统，着重完善低速区间的称重检测，是由高速动态称重向低速动态称重发展而来。

2、安装方式

称台式传感器对路面的水平度要求高，对路面破坏大，在路面上必须开挖较深的基坑（深70-80cm）并加固基础，在将框架用混凝土固定在路面中后，混凝土需凝固和养生，方可安装称重平台。一套称重系统的施工周期需20天左右，对已通车收费的车道影响较大。

弯板式传感器可以沿地面安装，施工周期短，对路面破坏小，安装时不需重做基础，只在路面切割宽60cm、深5-6cm的基坑，用专用胶将支撑底板和路面浇注为一体，12小时后专用胶即完全固化，将弯板安装在支撑板上即可，一套称重系统安装期为5-7天，特别适合已通车收费的车道。

3、对排水的要求

称台式传感器当较深的基坑灌水时，将影响称重精度。由于称重设备排水管道出口一般低于收费广场排水沟底，还需增加排水井和自动潜水泵以保证及时排水或人工清除。 弯板式传感器由于本身有防水设计，加上是浅层安装，因此对排水要求较低。

4、潮湿及尾气对设备寿命的影响

称台式传感器主要由钢结构件组成,虽经一定的防腐处理,但仍难完全解决潮湿以及汽车尾气等对设备的腐蚀。 弯板式传感器由于采用整体式传感器技术并经专用硫化橡胶表面密封和防腐处理，是目前所有传感器中唯一能做到完全防腐并能持续浸水300小时仍正常工作的。

5、使用寿命

弯板式传感器由于设备本身无运动件，因此在无维修的情况下，使用寿命将长达十年以上。 称台式传感器为机械运动件，在无维修的情况下，其称重压力传感器一般使用1-2年则必须更换。

6、设备价格

称台式传感器的平均价格较低，在货车日流量小的收费站使用时性价比高。 弯板式传感器价格较高。

7、使用性能

秤台式重量传感器由于采用机械运动结构，抗冲击能力差，运行一段时间后会造成称台变形。当称台与称框存在擦靠现象时，将影响称重精度。这种影响主要体现在：对相同质量进行计量时，正反行程的计量值不一致。更重要的是，存在擦靠现象会使得动态修正函数发生变化，从而使计重设备的动态计重性能下降,需重新维修和标定。 弯板式传感器由特殊超硬金属板材做成，无运动件，能有效解决车辆通过时剪切力对称重精度的影响。能测出完整轴重信号，是一种动态式称重装置；称重测量速度范围宽，抗冲击能力强，可重复性好。

8、运行及维护成本分析

秤台式传感器有运动件，则主称台和基础之间必须留有不能密封的间隙，当车道内的杂物、泥沙、碎石等从间隙中落入基坑时，将在称台下产生淤泥并影响称重精度。而将称台吊起清扫基坑后，须重新由法定机构标定秤重精度，秤台式每隔1-2年必须更换传感器，每年维护成本高。

弯板式传感器采用免维护结构，日常运行无需清理和保养；当路面需要维修时，可方便的将称重传感器拆掉，再重新安装标定, 每年维护成本低。

四、结束语

称重系统的总体精度是要靠各个组成部分（包括各种软硬件）的分精度来保证的，动态称重传感器只是其中的关键设备，对整个系统的称重精度有直接影响，在实际选型时，还应综合考虑成本、货车日流量、路面平整度、气侯条件等因素，以期选到符合工程实际需求的实用可靠的传感器产品。

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