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如今的社會是高效率、講究經(jīng)濟效益的社會， 無論任何產(chǎn)品都講究他的經(jīng)濟效益。 對于工業(yè)企業(yè)來說，如何降低生產(chǎn)成本、 提高產(chǎn)品利潤是相當(dāng)重要的。

電子汽車衡以其使用方便、 高準(zhǔn)確性、 公正化、電子化等特點迅速取代了老式機械秤市場。相應(yīng)的對于衡器生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品設(shè)計者來說， 如何根據(jù)用戶需要， 合理配置， 形成最優(yōu)性價比， 是相當(dāng)重要的。下面， 以電子汽車衡為例來具體闡述。

電子汽車衡的重要部分是稱重傳感器及顯示儀表， 這里我們就討論如何正確選擇傳感器和儀表。

1傳感器的選擇

一般看來， 多大噸位的秤就應(yīng)該選擇多大噸位的傳感器。但是， 在實際應(yīng)用中， 我們規(guī)定靜態(tài)時衡器的最大載荷為：

靜態(tài)時衡器的最大載荷=70%×傳感器的額定載荷×傳感器的個數(shù)

這是由于秤體自重的存在和動態(tài)時汽車上秤時的振動、 沖擊、 偏載等原因， 使部分傳感器瞬時承受比實際載荷多出 10%~40%的重量， 有時甚至超出傳感器的額定載荷， 使當(dāng)次稱量的準(zhǔn)確性下降。 為了使傳感器工作在額定載荷內(nèi)， 我們可以人為規(guī)定70%的系數(shù)。規(guī)定這樣的上限，有助于提高秤體的準(zhǔn)確性。下表為允許過衡車輛的軸載。

軸載系指汽車后軸 （含軸組） 總載荷。汽車衡允許過衡軸載與傳感器額定載荷、傳感器支點距離等因素有關(guān)。

實際選擇中，我們還要考慮到傳感器的技術(shù)參數(shù)， 尤其是靈敏度。

首先， 我們分析一下靈敏度的定義 （我們討論同一靈敏度的傳感器， 以2mv/v為例） ， 額定載荷下， 傳感器的最大輸出信號 （mv） 與激勵電壓 （v）的比值，單位是 “mv/v” 。其意義在于傳感器和稱重儀表的標(biāo)準(zhǔn)化、 統(tǒng)一化。

以QS 系列稱重傳感器和 XK3190-D9 儀表為例來說明。

QS-30T-A, 靈敏度為 2.0mv/v

D9 儀表輸出激勵電壓為8V

可以計算，30T載荷狀態(tài)下， 傳感器輸出差模信號[Ui(＋)－Ui(－)]=2mv/v×8v=1.6mv,同樣，20T、40T等傳感器載額定載荷下的輸出均為1.6mv。

多傳感器使用時， 我們把所有傳感器的輸出信號并入接線盒中， 由接線盒輸出兩根差模信號線 （我們稱進機線） 到儀表。為確定所選擇的傳感器是否正確， 我們給出了下面的計算公式。值得注意的是，進機線的信號是多傳感器信號平均值而非累加值。

秤體滿載時額定凈輸入信號 （毫伏）

U=S×V×O/C×R

其中： S—為秤體量程， 單位為Kg

V—為傳感器激勵電壓， 單位為v

O—為傳感器靈敏度， 單位為 mv/v

C—為傳感器量程 （額定載荷） ， 單位為 Kg

R—為使用的傳感器數(shù)量這里表示并聯(lián)電壓回路數(shù)量

當(dāng) U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度為合格。

2稱重儀表的選擇

對于稱重儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 大家都很清楚， 放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換、 單片機以及和單片機相連的控制面板、 顯示部分、 打印部分和串型通訊部分。我們要討論的是其模擬信號及量化部分， 即輸入信號和其中的放大電路、A/D部分的關(guān)系。

①集成運算放大器

稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運放，如OP177、OP277、MAX422等，具有高分貝，低失調(diào)， 低溫漂， 高共模抑制比等特點。傳感器輸出的差模信號正極與運放的同相輸入端相連U_p， 負極和運放的反相輸入端相連U_N， 運放的同相與反相輸入電阻均為 Ri， 反饋電阻為Rf， 則減法運算后輸出電壓U₀=(Rf/Ri) ×( U_p－U_N)增益Av=Rf/Ri。調(diào)整反饋電阻使U₀ 和 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬信號電壓等級相匹配。由于儀表中運放采用幾乎固定的增益和A/D. 模擬輸入信號范圍， 根據(jù)上式得出儀表的最大輸入信號范圍Ui 為：

Ui= U_p－U_N =(A/D模擬信號范圍)/(運放增益)

②模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器

稱重儀表中多采用 16位∑－△A/D芯片，理論上能把采集來的模擬信號（上面論述的Uo）做 2¹⁶（65536）等份。以基準(zhǔn)電壓對照，每一份模擬信號（△=1/65536） 對應(yīng)一個數(shù)字量。 這樣就實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。在無其他因素限制時，我們可以把 A/D的輸出信號看成儀表內(nèi)碼的變換范圍。

把運放和 A/D 放在一起考慮， 不難得出下面結(jié)論： 儀表的A/D可以看成是等分其額定輸入信號范圍的。實際使用中的輸入信號往往很難接近其額定輸入信號， 有的達不到儀表輸入信號范圍的一半， 這樣不利于整個產(chǎn)品的精度也浪費了儀表的資源。當(dāng)然， 我們還是希望有用信號被等分的越多越好， 這樣可以提高產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和可調(diào)性。

3實例選配

現(xiàn)在以SCS-40 電子汽車衡為例來說明如何合理選配。

要求解析： 衡器的最大稱量值為 40噸， 單節(jié)， 四傳感器。

按要求， 現(xiàn)有傳感器中可以選配的有10T、15T、20T。

①     10T

10T×4=40T

理論上可行， 正好完全利用， 但是考慮到秤體自重、 汽車的沖力、 超載等因素， 我們不能選用可能超出額定載荷的傳感器。

② 15T

15T×4=60T>40T

60T×70%=42T>40T（此處也為臨界狀態(tài)， 由于70%為安全使用系數(shù)， 此處可以通過）

(40000kg×8v×2mv/v)/(15000kg×4)=10mv

C3 等級分度數(shù)為 3000

則 10mv/3000=3.33uv/d

這里取V=8v

3.33uv/d在現(xiàn)有多數(shù)儀表的輸入靈敏度指標(biāo)內(nèi)， 可以選用

③ 20T

20T×4=80T>40T

80T×70%=56T>40T

(40000kg×8v×2mv/v)/(20000kg×4)=8mv

C3等級分度數(shù)為 3000

則8mv/3000=2.67uv/d

這里取 V=8v

2.67uv/d在現(xiàn)有多數(shù)儀表的輸入靈敏度指標(biāo)內(nèi)， 可以選用綜合考慮②~③,②中最大凈輸入信號為 10mv，③中最大凈輸入信號為8mv， 即②中有用信號要多一些。儀表的凈輸入信號范圍和反相輸入差模信號均大于②~③的范圍（一般反相輸入略小于同相輸入的值） 。但是②對儀表的利用率要比③高一些， 即內(nèi)碼的識別能力要好一些。同樣的道理，我們也盡量選擇信號范圍接近傳感器信號變化最大值的儀表。

根據(jù)上面分析， 我們選用 15T 傳感器。當(dāng)然， 如果暫時沒有15T的傳感器，20T 的也可以， 請不要選擇額定載荷更大的傳感器 （比如 30T、 40T） ， 會減少可調(diào)性和儀表的準(zhǔn)確度，給自己配合檢秤工作帶來不必要的麻煩。

在通常情況下，衡器的配置由提出的任務(wù)來確定， 稱重技術(shù)的可行性將影響到最終設(shè)計方案。 對于傳感器和儀表的技術(shù)性探討我們還在繼續(xù)。更深入的理解，對于我們?nèi)绾芜x配一臺高質(zhì)量的衡器有很大幫助。

 

（作者：郭子濤，葛 華

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收 稿 日 期：2005-04-27)

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