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电子汽车衡用称重传感器及显示仪表的选择

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×传感器的个数一、传感器的选择一般来说,多…

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。

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、传感器支点距离空压机、压缩机、螺杆压缩机、螺杆机、单螺杆压缩机、螺杆空压机、单螺杆空压机、节能空压机、节能压缩机、节能螺杆机、节能螺杆压缩机、节能螺杆空压机、节能单螺杆空压机、无油机、无油螺杆机

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) UU=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。

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。

按要求, 现在传感器中可以选配的有10t、 15t、 20t.

1.传感器选配10t10t× 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15t15t× 4=60t>40t60t× 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=3.33μ V/d这里取U=8V3.33μ 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20t20t× 4=80t>40t80t× 70%=56t>40t( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 20000kg× 4) =8mVC3等级分度数为3000则8mV/3000=2.67μ V/d这里取U=8V2.67μ 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。

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。

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) UU=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。

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。

按要求, 现在传感器中可以选配的有10t、 15t、 20t.

1.传感器选配10t10t× 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15t15t× 4=60t>40t60t× 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=3.33μ V/d这里取U=8V3.33μ 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20t20t× 4=80t>40t80t× 70%=56t>40t( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 20000kg× 4) =8mVC3等级分度数为3000则8mV/3000=2.67μ V/d这里取U=8V2.67μ 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。

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