(深圳赛德力检测设备有限公司)


    一、传感器的选择

    一般来说,多大吨位的秤就应该选择多大吨位的传感器。但是在实际应用中, 通常规定静态时衡器的载荷为:
    静态时衡器的载荷=70%×传感器的额定载荷×传感器的个数
    这是由于秤体自重的存在和动态时汽车上秤的振动、冲击、偏载等原因,使部分传感器瞬时承受比实际载荷多出10%~40%的重量,有时甚至超出传感器的额定载荷,使当次称量的准确度下降。为了使传感器在额定载荷内工作,可以人为规定70%的系数。规定一个上限,有助于提高秤体的准确性。

    表1 为允许过衡车辆的轴载。

   


    轴载指汽车后轴( 含轴组)总载荷。汽车衡允许过衡轴载与传感器额定载荷、传感器支点距离等因素有关。
    实际选择中,还要考虑传感器的技术参数,尤其是灵敏度。
    首先分析一下灵敏度的定义(现讨论同一灵敏度的传感器,以2mV/V为例),额定载荷下,传感器的输出信号差(mV)与激励电压(V)的比值,单位是mV/V。其意义在于传感器和称重仪表的标准化、统一化。
    以QS系列称重传感器和XK3190-D9仪表为例来说明。
    QS-30T-A,灵敏度为2.0mV/V; D9仪表输出激励电压为8V。
    可以计算, 30t载荷状态下,传感器输出差模信号〔 Ui (+) -U i (-) 〕 =2mV/V× 8V=1.6mV,同样,20t、40t 等传感器额定载荷下的输出均为 1.6mV。
    多传感器使用时, 把所有传感器的输出信号并入接线盒中,由接线盒输出两根差模信号线(俗称“ 进机线”)到仪表。为确定所选择的传感器是否正确,给出了下面的计算公式。值得注意的是, 进机线的信号是多传感器信号平均值而非累加值。
    秤体满载时额定净输入信号( 毫伏) U
    U=S× V× O/C× R
    式中:S——— 秤体量程,kg;V———传感器激励电压,V;O——传感器灵敏度,mV/V;C—— —传感器量程(额定载荷),kg;R———使用的传感器数据,这里表示并联电压回路数量。

    当U/仪表分度值>仪表输入灵敏度时,可判为合格。


    二、显示仪表的选择
    称重仪表的内部结构包括:放大电路、A/D 转换、单片机以及和单片机相连的控制面板、显示部分、打印部分和串型通讯部分。本文讨论的是其模拟信号及量化部分,即输入信号和其中的放大电路、A/D 部分的关系。
    1.集成运算放大器
    称重仪表采用的放大器均为高集成运放(如OP177、OP277、MAX422等),具有高分贝、低失调、低温漂、高共模抑制比等特点。传感器输出的差模信号正极与运放的同相输入端相连U P,负极和运放的反相输入端相连U N ,运放的同相与反相输入电阻均为R i ,反馈电阻R f ,则减法运算后输出电压U o =(R f /R i)×(U P - U N),增益Av =R f/R i 。调整反馈电阻使U o 和A/D转换器的模拟信号电压等级相匹配。由于仪表中运放采用几乎固定的增益和A/D模拟输入信号范围,根据上式得出仪表的输入信号范围U i 为:
    U i =U P - U N =( A/D模拟信号范围)/( 运放增益)
    2模拟- 数字转换器
    称重仪表中多采用 16 位∑- Δ A/D 芯片,理论上能把采集来的模拟信号( 上面论述的U o ) 作2 16(65536)等份。以基准电压对照,每一份模拟信号( Δ =1/65536)对应一个数字量,这样就实现了模数转换的功能。在无其他因素限制时,可以把A/D的输出信号看成仪表内码的变换范围。
    把运放和A/D放在一起考虑,不难得出以下结论:

    仪表的A/D可以看成是等分其额定输入信号范围的。实际使用中的输入信号往往很难接近其额定输入信号,甚至有的达不到仪表输入信号范围的一半,这样不利于整个产品的准确度,也浪费了仪表的资源。当然,有用信号被等分得越多越好,这样可以提高产品的准确度和可调性。


    三、实例选配
    现在以SCS-40电子汽车衡为例来说明如何合理选配。
    要求解析:衡器的秤量值为40t,单节,4传感器。
    按要求,现在传感器中可以选配的有10t、15t、20t。
    1传感器选配10t
    10t×4=40t
    理论上可行,正好完全利用,但是考虑到秤体自重及汽车的冲力、超载等因素,我们不能选用可能超出额定载荷的传感器。
    2传感器选配15t
   15t×4=60t>40t
    60t×70%=42t>40t(此处也为临界状态,由于70%为安全使用系数,此处可以通过) 。
    (40000kg×8V×2mV/V)/( 15000kg×4)=10mV
    C3等级分度数为3000
    则10mV/3000=3.33μ V/d
    这里取U=8V
    3.33μ V/d在现有多数仪表的输入灵敏度指标内,可以选用。
    3传感器选配20t
    20t×4=80t>40t
    80t×70%=56t>40t
    (40000kg×8V×2mV/V)/(20000kg×4)=8mV
    C3等级分度数为3000
    则8mV/3000=2.67μ V/d
    这里取U=8V
    2.67μV/d在现有多数仪表的输入灵敏度指标内,可以选用。
    综合考虑上述第2节第3节,第2节中净输入信号为10mV,第3节中净输入信号为8mV,即第2节中有用信号要多一些。仪表的净输入信号范围和反相输入模信号均大于第2节第3节的范围( 一般反相输入略小于同相输入的值)。但是第2节对仪表的利用率要比第3节高一些,即内码的识别能力要好一些。同理,应尽量选择信号范围接近传感器信号变化值的仪表。
    根据以上分析,我们用15t传感器。当然,如果暂时没有15t传感器,20t的也可以,但不要选择额定载荷更大的传感器(如30t、40t),因为那样会减少可调性和仪表的准确度,给检秤工作带来不必要的麻烦。
    在通常的情况下,衡器的配置由任务来确定,称重技术的可行性将影响终的设计方案。对传感器和显示仪表技术性的深入理解,对选配高质量的衡器有很大的帮助。