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电子汽车衡用称重传感器及显示仪表的选择

时间:2014-09-25 来源:中国自动化网 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:
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最大载荷为:
静态时衡器的最大载荷=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。
称重传感器显示仪表

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, 传感器的最大输出信号差( 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精度集成运放( 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A v =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最大输入信号范围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: 衡器的最大秤量值为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
2.67μ V/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节中最大净输入信号为10mV, 第3节中最大净输入信号为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最大值的仪表。
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最终的设计方案。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。
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