“秤”的發(fā)展史

眾所周知，秤在我們?nèi)粘Ｉ?、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究中，都扮演了不可或缺的角色.從秤的產(chǎn)生、發(fā)展演變過程中，我們可以從中一窺人類利用工具，改造自然的一個(gè)側(cè)面.本文沿著時(shí)間的脈絡(luò)、簡(jiǎn)單介紹一下秤的發(fā)展史、目前的應(yīng)用，以及將來的發(fā)展可能.

一、秤的歷史

1.最早的“秤”

提到“秤”，首先還得從最古老的稱量物體質(zhì)量的計(jì)量器具——“天平”說起.在人們的生產(chǎn)實(shí)踐中，人肩挑擔(dān)，支點(diǎn)在中間，兩端等重，若兩端懸掛重物不等，就必然向重的一端傾斜.基于種種直觀的對(duì)稱思想，人們創(chuàng)造出等臂天平.迄今發(fā)現(xiàn)的最古老的天平杠桿，出自埃及第三王朝，距今已有4500年了，如今保存在倫敦科學(xué)博物館.天平橫梁經(jīng)鉆孔穿線作為支點(diǎn)和力點(diǎn)，不僅其等臂性難以保證，而且在其平衡時(shí)摩擦阻力大；橫梁相對(duì)較重這個(gè)原始天平的缺點(diǎn)，使得天平靈敏度降低，稱量準(zhǔn)確度也低.古埃及初期的砝碼都是形狀粗笨的石質(zhì)器，后來制成圓筒形或獅子、牛、山羊、鴨子等仿動(dòng)物形.

中國(guó)也是世界上使用天平、砝碼最早的國(guó)家之一.春秋晚期，用于天平的砝碼，有齊國(guó)的右伯君銅權(quán)、楚國(guó)銅環(huán)權(quán)等.特別從春秋后期到戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，楚國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮，王公貴族使用黃金切割貨幣，木衡銅環(huán)權(quán)雙盤小天平應(yīng)運(yùn)而生，并得到廣泛使用.因稱量貴重金屬，所以砝碼做得精細(xì)準(zhǔn)確且成套.為了在小小的秤盤里多放砝碼，放上砝碼后秤盤又不偏斜，把砝碼做成了環(huán)形.在當(dāng)時(shí)社會(huì)生產(chǎn)力較低、自然經(jīng)濟(jì)的條件下，民間日常使用權(quán)衡的并不普遍，大多是計(jì)件或用量器計(jì)算，而官府使用“衡石”（定量稱重一石的大天平）的記載較多.秦代國(guó)家征收、存儲(chǔ)糧草都以整石為單位.這些大型衡桿天平只需配備一個(gè)石權(quán)即可，所以，能稱幾斤、幾十斤的桿秤并無十分迫切需要.到了西漢，長(zhǎng)安、洛陽、邯鄲等發(fā)展成為商業(yè)中心，綿、麻等零星物品的稱量，天平已經(jīng)不再適合了.方便的桿秤就應(yīng)運(yùn)而生了.桿秤自東漢出現(xiàn)后，由于它制作簡(jiǎn)易，使用方便（缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低于天平），很快在商業(yè)、手工業(yè)、農(nóng)業(yè)、稅收和民間日常生活中流行開來.到了宋代已可制造舊衡制百斤以上的大型桿秤、一斤到十五斤的小型桿秤，以及精細(xì)的小戥秤.經(jīng)過元、明、清的廣泛使用，技術(shù)上的不斷改進(jìn)，桿秤的計(jì)量性能已臻完善.到清朝末年，除了國(guó)庫等地方財(cái)政部分收支金銀財(cái)寶使用天平外，所有需要稱重的物品，都可由桿秤來計(jì)量.

2.新中國(guó)的秤

新中國(guó)建立后，為改進(jìn)桿秤做了以下幾項(xiàng)工作：一是將桿秤計(jì)量單位由市制單位改為國(guó)際計(jì)量單位.二是將繩紐逐步改為刀紐.由于刀紐的摩擦力小，定位準(zhǔn)確，因此對(duì)桿秤的靈敏性和準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵作用.三是質(zhì)量量值傳遞系統(tǒng)得到完善，使桿秤量值得以統(tǒng)一.之前的以秤校秤，再加上繩紐秤的靈敏度低，這就造成了“十秤九不準(zhǔn)”的混亂.桿秤定度時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼，從根本上消除了桿秤量值不統(tǒng)一的根源.四是秤砣由非定值到定值.相比較曾經(jīng)的“一支桿秤專用一個(gè)砣”的“砣不離秤”，不僅秤桿制造用標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)，即使生產(chǎn)出來的秤砣亦能在本廠或當(dāng)?shù)赜?jì)量部門得到及時(shí)鑒定，保證了桿秤的準(zhǔn)確性.五是在公眾貿(mào)易中限制使用桿秤.隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子秤、雙面彈簧度盤秤和機(jī)械式臺(tái)、案秤，以它們穩(wěn)定性好、示數(shù)顯示清晰和不易作弊等特點(diǎn)，在公眾貿(mào)易中大量使用，桿秤漸漸地淡出了歷史的舞臺(tái).

二、常用秤的工作原理

1.彈簧秤

除了上文所述利用力的杠桿平衡原理的天平、桿秤，還有一種利用胡克定律來測(cè)量物體質(zhì)量的器材——彈簧秤.廣為人知的胡克定律——彈簧的伸長(zhǎng)量與所受的力的大小成正比，正是根據(jù)這一原理，使用螺旋壓縮彈簧的彈簧秤問世.彈簧秤分壓力和拉力兩種類型，壓力彈簧秤的托盤承受的壓力等于物體的重力，秤盤指針旋轉(zhuǎn)的角度指示所受壓力的數(shù)值.彈簧秤具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀數(shù)直觀的優(yōu)點(diǎn).但因彈簧具有彈性滯后的特性，且易受溫度等外界條件變化的影響，故其準(zhǔn)確度、靈敏度較低.此外，其稱重結(jié)果還因重力加速度的不同而有所差異.

2.電子秤

現(xiàn)如今的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都離不開稱重，而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們對(duì)稱重的精度要求不斷提高，特別是在包裝、食品、化工、醫(yī)藥等行業(yè)中，都要求有較高的稱重精度.由機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的高精度稱重裝置，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且支承（刀口和刀座）較弱且容易磨損和銹蝕，對(duì)工作環(huán)境要求嚴(yán)格，維修工作量大，其最大的缺點(diǎn)就是稱重速度慢、效率低、不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要.為了克服上述缺點(diǎn)，上個(gè)世紀(jì)60年代人們研制了一種機(jī)電結(jié)合的電子秤，它由杠桿系統(tǒng)、光柵裝置和電子線路三部分組成.杠桿系統(tǒng)在載荷的作用下產(chǎn)生位移，光柵裝置將這一位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入電子線路，最后用數(shù)字儀表顯示出重量值.這種秤比機(jī)械杠桿秤提高了精度，使用更方便，重量值可用數(shù)字直觀顯示，且稱重信號(hào)可遠(yuǎn)距離傳送.

三、電腦組合秤與未來秤的發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)迅猛發(fā)展，包裝行業(yè)在包裝準(zhǔn)確度、包裝速度、包裝范圍等諸方面亦有更高的要求，傳統(tǒng)的定量自動(dòng)包裝秤已很難滿足這些要求，電腦組合秤也就應(yīng)運(yùn)而生了.這兒我們就結(jié)合它和傳統(tǒng)定量自動(dòng)包裝的區(qū)別來看看電腦組合秤的優(yōu)勢(shì)到底在哪里.

1.稱量原理不同

在很多超市賣場(chǎng)，一些蔬菜會(huì)以袋裝定量包裝的形式在超市銷售，如每袋青椒定量值是120克，要裝準(zhǔn)120克是一件非常困難的事情.由于單個(gè)青椒重量較重，且差別較大，裝少了關(guān)系到消費(fèi)者利益，裝多了關(guān)系到企業(yè)的成本.傳統(tǒng)的方式是人工稱量，即在一臺(tái)靜態(tài)的電子秤上稱量，一個(gè)青椒接一個(gè)青椒地累加，湊足120克即可.但是如果累加到115克，再想找一個(gè)5克的青椒加上去幾乎是不可能的，則必須從115克重拿去一個(gè)較小的青椒，再加一個(gè)較大的青椒.如果重量大大超過120克或不足120克的話，還需重復(fù)以上工作，稱量效率極低，且難以達(dá)到接近目標(biāo)重量（定量值）的結(jié)果.定量自動(dòng)包裝秤就是將這一人工程序變?yōu)樽詣?dòng)化工業(yè)程序，但它們共同的工作原理依舊大大影響其稱量的準(zhǔn)確度.而電腦組合秤是由多個(gè)具有獨(dú)立的進(jìn)料出料結(jié)構(gòu)的稱量單元組成，一般電腦組合成由8—32個(gè)稱重單元組成.電腦利用排列組合原理將各稱重單元的載荷量進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)選組合計(jì)算，得出最佳、最接近定量值得組合進(jìn)行包裝.例如一臺(tái)十個(gè)稱重單元的電腦組合秤，稱量時(shí)每個(gè)稱重單元都進(jìn)行稱量，并將每個(gè)稱量的重量數(shù)據(jù)讀入電腦，由電腦進(jìn)行優(yōu)選組合，根據(jù)組合數(shù)學(xué)，十個(gè)稱量單元共能實(shí)現(xiàn)1023種組合，電腦從這1023種組合中選出最接近目標(biāo)重量值得組合.這樣不僅解決了人工反復(fù)搭配，更重要的是它讓很難實(shí)現(xiàn)定量值的工作迎刃而解.

2.檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性不同

①二次采樣

如上述的一臺(tái)十個(gè)稱量單元的電腦組合秤，在稱量過程中從十個(gè)稱量單元的數(shù)據(jù)中一次讀取為第一次采樣，電腦獲得數(shù)據(jù)后進(jìn)行優(yōu)選組合，如某3個(gè)稱量單元的重量最為合適，但電腦組合秤不是立即釋放這3個(gè)稱量單元的被稱物，而是在此對(duì)這三個(gè)稱量單元的被稱物進(jìn)行一次重量數(shù)據(jù)的采樣，此為第二次采樣；如兩次采樣的數(shù)據(jù)不一致，則電腦會(huì)重新進(jìn)行組合，如兩次采樣的數(shù)據(jù)一致，電腦組合秤出料，這樣就保證了排出物料的重量與預(yù)定的重量完全一致.

②自動(dòng)置零功能

由于在稱量過程中一些被稱物的粉塵會(huì)粘在稱量斗壁上不掉下來，影響下一次稱量的準(zhǔn)確度.電腦組合秤解決這一問題的方案是：①釋放物料時(shí)稱量斗一般要開啟4-5次，減少被稱物的粉塵殘留量.②電腦組合秤還會(huì)將進(jìn)行稱量斗的重量自動(dòng)歸零，即將粘在稱量斗上的粉塵視為零重量，不影響下次稱量的準(zhǔn)確度.

③防振動(dòng)和沖擊

傳統(tǒng)定量自動(dòng)包裝秤是一邊加料一邊稱量，故對(duì)傳感器來說是在動(dòng)態(tài)情況下稱量，如果被稱物受到?jīng)_擊或跳動(dòng)，都會(huì)使傳感器感應(yīng)到不穩(wěn)定的重量數(shù)據(jù)從而引起誤差，而電腦組合秤的稱重傳感器之外另增加一個(gè)感應(yīng)震動(dòng)傳感器，把感應(yīng)到的振動(dòng)成分從稱重傳感器數(shù)據(jù)中去除，從而得到可靠的數(shù)據(jù).

3.稱量速度快

傳統(tǒng)定量自動(dòng)包裝秤一般要經(jīng)過粗計(jì)量、精計(jì)量這一稱量過程，特別是精計(jì)量的過程要一點(diǎn)一點(diǎn)地追加，耗時(shí)長(zhǎng)，影響稱量速度.如1千克以下的定量自動(dòng)包裝秤其稱量速度一般在20—30包/分鐘，而電腦組合秤在電腦的快速優(yōu)選組合運(yùn)算中一般14個(gè)稱重單元的秤可達(dá)到100—120包/分鐘，比定量自動(dòng)包裝秤的稱量速度快4—6倍.另外電腦組合秤還可以根據(jù)不同的物料有相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)，如有防水型、易碎物型、易粘物型、混合稱量、個(gè)數(shù)稱量，且易與各種包裝機(jī)相配合，更加適合現(xiàn)代生產(chǎn)管理的需求.

電子稱重技術(shù)正從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，特別注重對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究和應(yīng)用.根據(jù)近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是：小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性.