將傳感器與稱重儀表綜合考慮是衡器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文側(cè)重于稱重傳感器 的靜態(tài)載荷分析，及儀表內(nèi)部可用功能的討論。目標(biāo)鎖定在傳感器的合理搭配上。從而形成一整 套實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案。

如今的社會(huì)是高效率、講究經(jīng)濟(jì)效益的社會(huì)，無(wú) 論任何產(chǎn)品都講究他的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)， 如何降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品利潤(rùn)是相當(dāng)重要的。

汽車衡以其使用方便、高準(zhǔn)確性、公正化、 電子化等特點(diǎn)迅速取代了老式機(jī)械秤市場(chǎng)。相應(yīng)的 對(duì)于衡器生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，如何根據(jù)用 戶需要，合理配置，形成最優(yōu)性價(jià)比，是相當(dāng)重要的。 下面，以汽車衡為例來(lái)具體闡述。

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(lái)，多大噸位的秤就應(yīng)該選擇多大噸位 的傳感器。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，我們規(guī)定靜態(tài)時(shí)衡 器的最大載荷為：

靜態(tài)時(shí)衡器的最大載荷

=70%x傳感器的額定載荷x傳感器的個(gè)數(shù)

這是由于秤體自重的存在和動(dòng)態(tài)時(shí)汽車上秤時(shí) 的振動(dòng)、沖擊、偏載等原因，使部分傳感器瞬時(shí)承受 比實(shí)際載荷多出10%~40%的重量，有時(shí)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(diǎn)距離等 因素有關(guān)。

實(shí)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 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(hào)(mv)與激勵(lì)電壓(v)的比值， 單位是“mv/v”。其意乂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(lái)說(shuō)明。

QS-30T-A，靈敏度為 2.0mv/v

D9儀表輸出激勵(lì)電壓為8v

可以計(jì)算，30T載荷狀態(tài)下，傳感器輸出差模信 號(hào)[Ui (+) -U( (-)]=2mv/vx8v = 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(shí)，我們把所有傳感器的輸出信 號(hào)并入接線盒中，由接線盒輸出兩根差模信號(hào)線(我 們稱進(jìn)機(jī)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(jì)算公式。值得注意的是， 進(jìn)機(jī)線的信號(hào)是多傳感器信號(hào)平均值而非累加值。

秤體滿載時(shí)額定凈輸入信號(hào)(毫伏）

U=SxVxO/CxR

其中:S—為秤體量程，單位為Kg

V—為傳感器激勵(lì)電壓，單位為v O—為傳感器靈敏度，單位為mv/v C一為傳感器量程(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(duì)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(jī)以及和單片機(jī)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(hào)及量化部分，即輸入信號(hào)和其中 的放大電路、A/D部分的關(guān)系。

①集成運(yùn)算放大器

稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運(yùn)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(diǎn)。傳感器輸出的差 模信號(hào)正極與運(yùn)放的同相輸入端相連UP，負(fù)極和運(yùn) 放的反相輸入端相連UN，運(yùn)放的同相與反相輸入電 阻均為Ri，反饋電阻為Rf，則減法運(yùn)算后輸出電壓 Uo= (Rf/R1) x (UP-UN)，增益 Av=Rf/Ri。調(diào)整反饋電 阻使Uo和A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)電壓等級(jí)相匹 配。由于儀表中運(yùn)放采用幾乎固定的增益和A/D模 擬輸入信號(hào)范圍，根據(jù)上式得出儀表的最大輸入信 號(hào)范圍U1為：

Ui=Up-UN= (A/D模擬信號(hào)范圍)/(運(yùn)放增益） ②模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器

稱重儀表中多采用16位乙-AA/D芯片，理論 上能把采集來(lái)的模擬信號(hào)（上面論述的Uo)做216 (65536)等份。以基準(zhǔn)電壓對(duì)照，每一份模擬信號(hào) (A=1/65536)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字量。這樣就實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn) 換的功能。在無(wú)其他因素限制時(shí)，我們可以把A/D 的輸出信號(hào)看成儀表內(nèi)碼的變換范圍。

把運(yùn)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(hào)范 圍的。實(shí)際使用中的輸入信號(hào)往往很難接近其額定 輸入信號(hào)，有的達(dá)不到儀表輸入信號(hào)范圍的一半，這 樣不利于整個(gè)產(chǎn)品的精度也浪費(fèi)了儀表的資源。當(dāng) 然，我們還是希望有用信號(hào)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(shí)例選配

現(xiàn)在以SCS-40汽車衡為例來(lái)說(shuō)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 10Tx4=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 15Tx4=60T>40T

60Tx70%=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）

(40000kgx8vx2mv/v) ((15000kgx4) = 10mv C3 等級(jí)分度數(shù)為 3000 貝lj 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

③20T 20Tx4=80T>40T 80Tx70%=56T>40T

(40000kgx8vx2mv/v) ((20000kgx4) =8mv C3 等級(jí)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②，②中最大凈輸入信號(hào) 為10mv，③中最大凈輸入信目號(hào)為8mv，即②中有用 信號(hào)要多一些。儀表的凈輸入信號(hào)范圍和反相輸入 差模信號(hào)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(duì)儀表的利用率要比③ 高一些，即內(nèi)碼的識(shí)別能力要好一些。同樣的道理， 我們也盡量選擇信號(hào)范圍接近傳感器信號(hào)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(shí)沒有15T的傳感器，20T的也可以，請(qǐng)不要選 擇額定載荷更大的傳感器（比如30T、40T)，會(huì)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(lái) 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(lái)確 定，稱重技術(shù)的可行性將影響到最終設(shè)計(jì)方案。對(duì)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(duì)于我們?nèi)绾芜x配一臺(tái)高質(zhì)量的衡器有很 大幫助。