淺談電子地磅發展史

簡單說說電子地磅的發展經曆和形式。以期喚起人們（men）對衡器發展一些重要節點的記憶。闡明了電子地磅計（jì）量與科學（xué）技（jì）術（shù）相（xiàng）結合的重要性。對電子地磅發展的規律進行了探討。

世界是物質的，物質是運動的，沒有物質的運動與（yǔ）沒有（yǒu）運動的物（wù）質都是不可想象的。物（wù）質無時不刻不在（zài）從一種形態轉換為另一（yī）種形態，無時不刻不從一個物體轉移到另一物體。這是一個哲學的（de）根本話題。自從（cóng）進入到（dào）文明社會開始，人類的生產生活就和對物質的研究（jiū）緊密相連。

質量就是物體所含物質（zhì）的多少。質量有兩個屬性：慣性質量和引力質量，近現（xiàn）代物理已將二者合二而一，統稱質量。對質量的研究就是對物質研究的具體化。衡器就是：利用作用在物體上的重力等各種稱量原理，確定（dìng）質量或作為質（zhì）量函數的其他量值、數值、參數（shù）或特（tè）征的一種計量儀器。

電子地磅作為測（cè）量（liàng）物體所含物質的多少的一種工具存（cún）在（zài）已經很久（jiǔ）了（le）。我國（guó）和（hé）古埃及等（děng）中外文明古國大約在距今 5000 多（duō）年前就開始了對質量進行“計量”的曆史了（le）。我國在秦朝就對度量衡進行了高度的統一和（hé）標準（zhǔn）化。在“度量衡”這個概念中，尤以衡器具複雜性，承載了早的對物理原理的應用。阿基米（mǐ）德曾（céng）說（shuō）過：“給我一個支（zhī）點，我就能撬起整（zhěng）個地球（qiú）。”這句話便是（shì）對杠杆原理（lǐ）通（tōng）俗（sú）化的描述。也由此開（kāi）始了衡器的科學發展（zhǎn）史。因此我們有理由說衡器不僅是原始、基本（běn）的計（jì）量器具，更是早的科學儀器。衡器的發展不僅和人類的生活密切相關，而且隨人類（lèi）的科學進步而不斷發展。

電子地磅的（de）發展經曆了一（yī）個漫長的過程。根據杠杆原理，早期的衡器形態基（jī）本上是杠杆原理的簡單再現。等臂杠杆和不（bú）等臂杠杆均依據於杠杆原（yuán）理，這兩種形式具有不同的優缺點。利用等臂杠杆形成了天平，主要用於稱量小質量和精度要（yào）求高的質量計量；利用不等臂杠（gàng）杆形成了杠杆，普遍用於質量較（jiào）大（dà）及精（jīng）度要求不高的質量計量。這兩種形態的衡器，因其製作工藝較簡單、使用場合廣泛，至今仍在使用。在這期間這兩種衡器的製作材料發生了（le）多種（zhǒng）變化；稱量範圍有了擴展；

18 世紀，蘇格蘭化學（xué）家 J.布萊克將刀子（zǐ）、刀承應用在天平上，從而製得的稱重器具，進一步改進了這類衡器的精度。但是（shì）衡（héng）器的基本形態沒有發生根本性的變化。

隨著（zhe）工業（yè）革（gé）命的到（dào）來（lái），開創了衡器技術革命的新（xīn）篇章。

1678 年英國力學家胡克發現（xiàn）了胡（hú）克定律。胡克的彈性定律指出：彈簧在發生彈性形變時，彈簧的彈力 F 和彈簧（huáng）的伸長量 （或壓縮量） x 成（chéng）正比，即（jí） F=k·x。k 是物質的彈性係數，它（tā）隻由材料（liào）的性質所決定，與其他因素無關。由此有別於杠杆原理的（de）一種新型的衡器—彈簧秤誕生了。彈簧秤顛覆了幾千年來的質量計量的形式，計量過（guò）程（chéng）中不再（zài）使用（yòng）標準砝碼，顯示也可以以指（zhǐ）針或數值形式給（gěi）出，開創了自（zì）行指示秤的先河。給人們的生產、生活帶來了的方便。但是，由於胡（hú）克定律的適用範圍受到材（cái）料（liào）及彈簧伸長量的（de）限製，使得彈簧秤在量限及精度等方麵都有一定的局限性，無法做出大稱量的衡器。盡管（guǎn）如此，彈簧秤的出現還（hái）是給質量計（jì）量帶來了一次技術革命（mìng）：，豐富了（le）質（zhì）量計量的技術方式。在利用杠杆原理之外，開辟了利用胡克定律對質量進行計量的新的方法。第二，簡化了質量計量的工作。次使得在質（zhì）量計量的（de）實際工作中，不再依靠標準砝碼，方便了質量計量的工作。第三，事（shì）實上引入了自行指示秤的概念，方便了人們對（duì）計量結果的讀取。

1831 年，美國人 T.費爾班克斯發明台秤，綜（zōng）合了不等臂杆秤和天平的優點，使各種（zhǒng）機械（xiè）式衡器趨於完善。這可以說是衡器曆史（shǐ）的又一次變革。

由此形成了案秤、台秤及地中（zhōng）衡等一（yī）係列衡器。

這一次的變革，不僅（jǐn）充（chōng）分利用了杠杆原理（lǐ），實（shí）現了多級杠杆的應用；而且對質量（liàng）的承載部分和質量（liàng）的顯示部分進（jìn）行了分離，為現代衡器（qì）形態的出路指明了方向。出現了傳力杠杆和多（duō）級杠杆，使得衡（héng）器的稱量範圍（wéi）得到了巨大擴展。從此衡器（qì）與近現代工業（yè）革命緊密相連。

十八世紀法（fǎ）國研究人員莫爾（ěr）先生首先發現的一種光學現象—莫爾（ěr）條紋。到二十世紀 50 年代利用（yòng）莫爾條紋發展起來的光柵技術，在計量精密測量方麵得到了迅猛的發展和應用，並且（qiě）很快導致了光柵秤的（de）出現。光柵秤仍然采用了機械杠杆，利用（yòng）杠杆原理實現（xiàn）了對質量的變換和傳遞力的工作，然後利（lì）用象限杆（gǎn）進行力的平衡，把標尺光柵（shān）（動光柵） 聯接在象（xiàng）限杆上，則象限杆的（de）廻轉就（jiù）帶動標尺光柵旋轉一個角度。利用光柵原（yuán）理，對莫爾條紋（wén）的變化來完成光電模數（shù）轉換 （增量式） 從而達到高分辨率質量結（jié）果的技術。後（hòu）再（zài）由可（kě）逆計數器、譯碼器數字等顯示重量值。光柵秤（chèng）計數器、譯（yì）碼器數字等顯示重量值。光柵秤把質量計（jì）量（liàng）和電、光等技術結合起來並成功（gōng）地引入到衡器計量技術領域。它實現了質量計量結果的（de）數（shù）字化顯示，把質量計量的（de）結果（guǒ）以電信號的形式（shì）呈現給大家（jiā），為質量計量參與到自動控製提供（gòng）了一種可能。光柵秤在二十（shí）世紀 50、60年代得到了發展並且到 80 年代（dài）達到頂峰。但是由於光柵（shān）秤，並沒有引發衡器計量原理的根本性（xìng）技術革命，而是在力的傳遞過程中添加了一套光柵技術，增加（jiā）了衡器技術的複雜度（dù），在大型衡器尚且可以。但是（shì）在小型衡器等領域多有不便。隨著稱重傳感器的出現，光柵（shān）秤很快的走到了曆（lì）史的（de）盡頭。然而，光（guāng）柵秤（chèng）還是給大家帶（dài）來了新意。他不僅實現了質量（liàng）計量結果的電信（xìn）號輸出，而且也實（shí）現了稱重結果（guǒ）的數字化顯示。

在質量計（jì）量的（de）曆，人們一直不滿足於衡器技術的現狀，一直做著各（gè）種嚐試。在電子技術（shù）和半導體技術（shù）尚未成（chéng）熟之前，一種完全依靠（kào）機械原理但將結果以數字化顯（xiǎn）示的衡器也曾經長期得到應用。

機械式連續累計皮帶秤就是（shì）這樣一類（lèi）衡器。

滾輪皮帶秤指對放置在皮帶上並隨皮（pí）帶連續通過（guò）的鬆散物料進（jìn）行自動稱量的衡（héng）器。由重力傳遞（dì）係統、滾輪、機械式自動計數器和速度（dù）盤等組成。速度盤轉速正比於皮帶速度。滾輪滾動的角速（sù）度正比於皮帶上通過的物（wù）料量。滾輪在速度盤上滾動的位置由物料的重力（lì）大小來（lái）調整。當皮帶上沒有物料（liào）時，滾輪（lún）靠近速（sù）度盤中（zhōng）心，轉速為零，計數器（qì）不累計（jì）；當皮帶上有物料時，滾輪隨著重力變大向周邊移動，並帶動計數器記下皮帶上通過的物料總量。形成了機（jī）械式（shì）計數器功能（néng），對連續、穩定（dìng）對物料質量進行計（jì）量的皮帶秤，達到了輸出（chū）累計結果的功能。這種衡器在依賴於稱重傳感器及電子儀表電子衡器出現之前，較好的滿足了大宗、散狀、顆粒物（wù）料連續計量的要求，在二十世紀 80 年代擁（yōng）有較大的市（shì）場。

與此同時一種依賴於核物理（lǐ）技術的核子皮帶秤在二十世紀（jì） 80 年代出現在衡（héng）器（qì）領域。核子皮帶秤的工作原理是基（jī）於伽瑪射線穿透被測（cè）介質時，當伽（gā）馬射線能量一定的時候，其（qí）強度的衰減與介質的組分、密度（dù）和射線（xiàn）方向（xiàng）上的厚度呈（chéng）指數（shù）關係，通過對載有物料時的射線強（qiáng）度進（jìn）行連續測量，並與空皮帶 （或其它傳送設備） 時的射線強度測（cè）量比較，另外，對皮帶（dài）的運行速度加以測量，然後通（tōng）過計算機（jī）係統的計算，直（zhí）接顯示單（dān）位載荷、瞬時流量、累積量等工（gōng）藝參數。其數學模（mó）型為：通（tōng）過（guò）動態檢測皮帶單位（wèi）長度上（shàng）的物料重量 （單位荷重） q 和皮帶速度（dù） v，將（jiāng）兩個信號相乘得到瞬時流量 Q，再經積分運算或累加運算得（dé）到（dào）一段時間內輸送物料的累計流（liú）量 W。用公式可表示為：Q＝q× v，W＝§Qdt＝§qvdt。由於這（zhè）種計（jì）量方式（shì）不需要（yào）與被稱（chēng）量物體（tǐ）發生直接的接觸，因（yīn）此在一些特殊的領域得到了應用（yòng）。當然，由於涉及到核技術（shù）以及對物料和使用條件要求較高，目前使用（yòng）領域還較窄。盡（jìn）管如此，核子皮帶秤的（de）稱重原理，再次突（tū）破了（le）杠杆原理和（hé）胡（hú）克定律。使得（dé）利用核物理技術原（yuán）理對物（wù）體的質量計量成為了一種可能，豐富了質量計量的形式和方法。

隨著新型（xíng）材料及材料力（lì）學的發展，自二十世紀 80 年代開始，以稱重傳感器結合稱重儀表為主（zhǔ）要（yào）部件的電子衡器（qì）開始大規（guī）模的占領衡器市場，頗有領導衡器新潮流的趨（qū）勢。電子衡器一般由稱重載荷（hé）裝置、稱重（chóng）傳感器（qì）和稱重 （二次） 儀表等組成。稱重傳感器是一種將物體（tǐ）的質量信號轉變為可測（cè）量的（de）電信號輸出的裝置。即將作用在被測物體上的重力按一定比例轉換成可計量的輸出信號。再由稱重 （二次） 儀表把接收到的電信號轉換並以數字或其他形式顯示成質量值。

電子衡器的計（jì）量原（yuán）理利用了質量的引力 （重力） 屬性，但完全拋開了杠杆原理和胡克定（dìng）律，由此使質量計量的方式大大（dà）的簡化。又由於稱（chēng）重傳感器的量限（xiàn）和形式，隨（suí）著材料科學和製作工藝的不斷改進和發（fā）展，使得傳感器不但在實現方法上，而且在精度及量限都的滿足了質量科學研究、工農業生產及日常生活。使（shǐ）得電子衡（héng）器很（hěn）快的占據了市（shì）場（chǎng）。

伴隨稱重傳感器和二次儀表的不斷改進，模擬傳感器和數（shù）字（zì）傳感器交相輝映的應用，新技術不斷完善了電子衡（héng）器的製作（zuò）工藝。微（wēi）機的普及，無線傳輸技術的（de）發展（zhǎn）及互（hù）聯網的（de）應（yīng）用，軟（ruǎn）件（jiàn）技術的（de）完善都（dōu）使得電子衡器成為質量計量技術的者。目（mù）前，電子衡器，高精度電子天平、工（gōng）農業及日常流通領域的電（diàn）子台秤及大噸位的電子秤，動態（tài）電子衡器，連續及非連續電子累計衡（héng）器都得到了很好的應用。

二十世紀 80、90 年代機電結合秤曾近獲得了（le）很好的應用。這是一種利用了杠杆原理的機械秤的承載（zǎi）部分，在傳力部位添（tiān）加了稱重傳感器，將質量信號轉換為電信號再由二次儀表將電信號轉換並顯（xiǎn）示為質量值的（de）一類（lèi）衡器。但是隨著稱重傳感器造價的大幅度降低，目前這類（lèi）衡器已經基本退出（chū）了衡器市場。機電（diàn）結合秤和（hé）光柵秤類似，由於在計量原理上沒有新的突破，其生命力很難長（zhǎng）久。

當然，還有利用其他的科學原理和技術，獲得物體的質量值。比如在（zài）天體物理中天（tiān）體（tǐ）質量的獲得、在原子物理（lǐ）、量子物理學中基本（běn）粒（lì）子質量的（de）獲得，但這些儀器與傳統意義上的衡器相距甚遠（yuǎn），不能（néng）歸結為衡器了（le）。

目前，衡器（qì）的種類繁多，不論自動秤和非自動秤，不論自行指示秤和非自行指示秤，不論連續、非連續和分立計量秤等等，其計（jì）量原理基（jī）本上是利用了杠杆原理、胡克定律、核物理技術和稱重（chóng）傳感器原理等幾大技術。

縱觀衡器數千年的發展史，我們不（bú）難發現由（yóu）於物質質量的特殊性，不僅質量單位的定義成為 7個國際基本單（dān）位以實物定義的單位，而（ér）且確定（dìng）質量值的基本方法，幾千年來也是從沒有中斷。依賴杠杆原理而產生的機械衡器，目前仍（réng）以巨大的生命力，存在於各（gè）行（háng）各業。隨著科學技術不斷創新、發展而（ér）出現（xiàn）的新型（xíng）衡器，彈簧秤、核子（皮帶） 秤、電子秤不斷在壯大衡器的家族，不斷在適應和（hé）滿足現代社會的需求。

電子（zǐ）地磅的發展再次印證了科學技術發（fā）展的曆史，從簡（jiǎn）單到複雜，再由（yóu）複雜到簡單。而每一次的發展都是一（yī）次飛躍，都體現唯物主義的認識論觀點。我們（men）有（yǒu）理由相信，衡器的發展必將像衡（héng）器的產生那樣因杠杆原理產生，隨工業（yè）革（gé）命的出現和科學技術的發展（zhǎn）而變革，也必將隨（suí）信息（xī）革命的應用和未來新知識的出現而（ér）不斷完善（shàn）和（hé）發展衡器自己。