地磅電容式稱重傳感器在汽車稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

針對我國目前大都采用的電阻應(yīng)變式傳感器汽車載重檢測系統(tǒng)的弊端，分析了用電容稱重傳感器進行車輛稱重，從而實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)兩種方式測重，實現(xiàn)不受位置的約束。該稱重裝置不必另外加裝專用彈性體，而是利用車輛本身自帶的用來減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡單，具有一定的現(xiàn)實意義。

我國目前采用的幾種汽車載重檢測系統(tǒng)大都采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。這種傳感器是在彈性體的表面上粘貼電阻應(yīng)變片，由于彈性體在長期工作后剛度會有所降低，這將引起測量結(jié)果偏高 。而采用電容稱重傳感器進行車輛稱重，能實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)兩種方式測重，實現(xiàn)不受位置的約束。該稱重裝置不必另外加裝專用彈性體，而是利用車輛本身自帶的用來減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡單。

電容式稱重傳感器，安裝在輪軸上方和車廂底部之間，它能夠把汽車載荷變化轉(zhuǎn)化為電容傳感器電容值的變化，經(jīng)過單片機分析處理就能夠獲得汽車的載荷值。假如汽車前后各有一條輪軸，其電路框圖如圖 1.1 所示.

由圖可知，首先汽車前后輪軸上的電容傳感器采集汽車載荷信息； A/D 轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后輸入到單片機上；單片機將對接受到的數(shù)字信號進行運算和處理后，將測量結(jié)果輸出到液晶顯示屏；如果汽車載荷超過額定值時，將向去點火系統(tǒng)輸入控制信號，使汽車熄火，讓其無法正常行駛。

電容稱重傳感器在汽車上的安裝如圖 1.2 所示。

當(dāng)車廂內(nèi)的貨物兩邊輕重不同時，車輪上方的鋼板彈簧的變形會不同，會引起車廂傾斜。為降低彈簧變形不同帶來的誤差，將電容極板固定在輪軸的正中間，因此，當(dāng)車廂產(chǎn)生傾斜時，電容傳感器中心的相對高度仍然可以保持不變。其中電容上極板部分由上屏蔽板和上極板組成，固定在車廂下面，處于車架正中部；電容下極板部分由下屏蔽板和下極板組成，固定在車軸中間的正上方，電容上下兩板需要正好上下對齊。電容上下兩極板中屏蔽板要求接測量電路中的地。汽車每根輪軸正上方和車身之間都需要安裝一個電容稱重傳感器。

當(dāng)汽車裝上貨物后，輪軸上安裝的鋼板彈簧就會出現(xiàn)彈性變形，稱重傳感器極板間距 d 就會與原來不同，稱重電容的容量值也就會隨之產(chǎn)生變化。由于車輛載荷和彈簧的變形量成正比，所以，我們可以預(yù)先通過實驗的方法標定出電容測量電路輸出電壓值與汽車輪承受載荷之間的線性關(guān)系，然后就能依據(jù)各軸上安裝的電容傳感器輸出的電壓值測出該軸的承受質(zhì)量。將汽車各軸上所對應(yīng)的載荷質(zhì)量全部相加，就可以求得該車總的載荷質(zhì)量。

根據(jù)車身的大小和電容成本的考慮 , 電容傳感器上下極板的面積不能做的很大，又因車廂底部一般離輪軸比較遠，根據(jù)電容值和極板面積、極板間距的關(guān)系，會造成兩極板間的電容值相對較小 , 通常小于 1pF。但是大地和電容傳感器極板引線間的雜散電容通常卻大大超過 1pF。所以 , 為了能夠更好的精確測量電容傳感器的容量，建議采用四相檢測電荷轉(zhuǎn)移式微電容測量電路 , 測量電容的分辨率可以達0.001pF左右，靈敏度更是要高于1V/pF.

汽車在和計算原理

以四輪兩軸汽車為例，若在汽車上安裝的電容傳感器相同，汽車所用鋼板彈簧相同，設(shè)空車質(zhì)量為m0，汽車載荷質(zhì)量為mL，當(dāng)汽車保持靜止或勻速運動狀態(tài)時，其受力平衡，，則有如下等式：