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觸達選配普及--電子汽車衡用稱重傳感器及顯示儀表的選擇

 一、傳感器的選擇

一般來說, 多大噸位的秤就應該選擇多大噸位的傳感器。但是在實際應用中, 通常規定靜態時衡器的最大載荷為:
靜態時衡器的最大載荷=70%× 傳感器的額定載荷×傳感器的個數
這是由于秤體自重的存在和動態時汽車上秤的振動、 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, 使當次稱量的準確度下降。為了使傳感器在額定載荷內工作, 可以人為規定70%的系數。 規定一個上限,有助于提高秤體的準確性。

表1為允許過衡車輛的軸載。
稱重傳感器顯示儀表

軸載指汽車后軸( 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。
實際選擇中, 還要考慮傳感器的技術參數, 尤其是靈敏度。
首先分析一下靈敏度的定義( 現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差( 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準化、 統一化。
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載荷狀態下,傳感器輸出差模信號〔 Ui ( +) -U i ( -) 〕 =2mV/V× 8V=1.6mV,同樣, 20t、 40t 等傳感器額定載荷下的輸出均為 1.6mV。
多傳感器使用時, 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( 俗稱“ 進機線” )到儀表。為確定所選擇的傳感器是否正確, 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
U=S× V× O/C× R
式中: S——— 秤體量程, kg; V——— 傳感器激勵電壓, V;O——傳感器靈敏度, mV/V; C—— —傳感器量程( 額定載荷) , kg; R—— — 使用的傳感器數據,這里表示并聯電壓回路數量。
當U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度時, 可判為合格。

二、 顯示儀表的選擇
稱重儀表的內部結構包括:放大電路、 A/D 轉換、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。本文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、 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R i , 反饋電阻R f ,則減法運算后輸出電壓U o =( R f /R i ) × ( U P - U N ) ,增益A v =R f /R i 。 調整反饋電阻使U o 和A/D轉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, 根據上式得出儀表的最大輸入信號范圍U i 為:
U i =U P - U N =( A/D模擬信號范圍) /( 運放增益)
2.模擬- 數字轉換器
稱重儀表中多采用 16 位∑- Δ A/D 芯片, 理論上能把采集來的模擬信號( 上面論述的U o ) 作2 16( 65536) 等份。 以基準電壓對照, 每一份模擬信號( Δ =1/65536) 對應一個數字量, 這樣就實現了模數轉換的功能。在無其他因素限制時, 可以把A/D的輸出信號看成儀表內碼的變換范圍。
把運放和A/D放在一起考慮, 不難得出以下結論:
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,甚至有的達不到儀表輸入信號范圍的一半, 這樣不利于整個產品的準確度, 也浪費了儀表的資源。 當然,有用信號被等分得越多越好, 這樣可以提高產品的準確度和可調性。

三、 實例選配
現在以SCS-40電子汽車衡為例來說明如何合理選配。
要求解析: 衡器的最大秤量值為40t, 單節, 4傳感器。
按要求, 現在傳感器中可以選配的有10t、 15t、 20t。

1.傳感器選配10t
10t× 4=40t
理論上可行, 正好完全利用, 但是考慮到秤體自重及汽車的沖力、 超載等因素, 我們不能選用可能超出額定載荷的傳感器。

2.傳感器選配15t
15t× 4=60t>40t
60t× 70%=42t>40t( 此處也為臨界狀態, 由于70%為安全使用系數, 此處可以通過) 。
( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 15000kg× 4) =10mV
C3等級分度數為3000
則10mV/3000=3.33μ V/d
這里取U=8V

3.33μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指標內, 可以選用。

3.傳感器選配20t
20t× 4=80t>40t
80t× 70%=56t>40t
( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 20000kg× 4) =8mV
C3等級分度數為3000
則8mV/3000=2.67μ V/d
這里取U=8V
2.67μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指標內, 可以選用。
綜合考慮上述第2節~第3節,第2節中最大凈輸入信號為10mV, 第3節中最大凈輸入信號為8mV, 即第2節中有用信號要多一些。儀表的凈輸入信號范圍和反相輸入模信號均大于第2節~第3節的范圍 ( 一般反相輸入略小于同相輸入的值) 。但是第2節對儀表的利用率要比第3節高一些, 即內碼的識別能力要好一些。同理, 應盡量選擇信號范圍接近傳感器信號變化最大值的儀表。
根據以上分析, 我們用15t傳感器。 當然, 如果暫時沒有15t傳感器, 20t的也可以,但不要選擇額定載荷更大的傳感器( 如30t、 40t) , 因為那樣會減少可調性和儀表的準確度, 給檢秤工作帶來不必要的麻煩。
在通常的情況下, 衡器的配置由任務來確定, 稱重技術的可行性將影響最終的設計方案。對傳感器和顯示儀表技術性的深入理解, 對選配高質量的衡器有很大的幫助。
今天是: 2021年1月14日   星期四 友情鏈接: 合作伙伴:
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