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电子计数台秤称重技术的可行性将影响Z终的设计方案

发布日期: 2014-07-01
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   一、称重传感器的选择
 
  一般来说,多大吨位的秤就应该选择多大吨位的称重传感器。但是在实际应用中,通常规定静态时衡器的zui大
 
  载荷为:
 
  静态时衡器的zui大载荷=70%×称重传感器的额定载荷×称重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,使部分称重传感器瞬时承受比实际载荷多出10%——40%的重量,有时甚至超出称重传感器的额定载荷,使当次称量的准确度下降。为了使称重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称重传感器额定载荷、称重传感器支点距离等因素有关。
 
  实际选择中,还要考虑称重传感器的技术参数,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称重传感器,以2mV/V为例),额定载荷下,称重传感器的zui大输出信号差(mV)与激励电压(V)的比值,单位是mV/V。其意义在于称重传感器和称重仪表的标准化、统一化。以QS系列称重称重传感器和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,称重传感器输出差模信号〔Ui(+)- Ui(- )〕=2mV/V×8V=1.6mV,同样,20t、40t 等称重传感器额定载荷下的输出均为1.6mV。多称重传感器使用时,把所有电子计数台秤称重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。为确定所选择的称重传感器是否正确,给出了下面的计算公式。值得注意的是,进机线的信号是多称重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——称重传感器激励电压,V;O——称重传感器灵敏度,mV/V;C——称重传感器量程(额定载荷),kg;R——使用的称重传感器数据,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
 
  电子计数台秤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。称重传感器输出的差模信号正极与运放的同相输入端相连UP,负极和运放的反相输入端相连UN,运放的同相与反相输入电阻均为Ri,反馈电阻Rf,则减法运算后输出电压Uo=(Rf /Ri)×(UP- UN),增益Av=Rf /Ri。调整反馈电阻使Uo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zui大输入信号范围Ui为:
 
  Ui=UP- UN=(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Σ- ΔA/D 芯片,理论上能把采集来的模拟信号(上面论述的Uo)作216(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zui大秤量值为40t,单节,4称重传感器。按要求,现在电子计数台秤称重传感器中可以选配的有10t、15t、20t。
 
  1.称重传感器选配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称重传感器。
 
  2.称重传感器选配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)=10mVC3等级分度数为3000则10mV/3000=3.33μV/d这里取U=8V
 
  3.33μV/d在现有多数仪表的输入灵敏度指标内,可以选用。
 
  3.称重传感器选配20t
 
  20t×4=80t>40t
 
  80t×70%=56t>40t
 
  (40000kg×8V×2mV/V)/(20000kg×4)=8mVC3等级分度数为3000则8mV/3000=2.67μV/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zui大净输入信号为10mV,第3节中zui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称重传感器信号变化zui大值的仪表。
 
  根据以上分析,我们用15t称重传感器。当然,如果暂时没有15t称重传感器,20t的也可以,但不要选择额定载荷更大的称重传感器(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,电子计数台秤称重技术的可行性将影响zui终的设计方案。对称重传感器和称重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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