根據(jù)數(shù)顯地磅的工作原理及力學(xué)傳動(dòng)原理,有針對(duì)性的 提供實(shí)用性的理論數(shù)據(jù)，在工作原理、傳感器的選用、理論計(jì)算等方面 提供給讀者，愿與使用者共同研究與探討.

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在質(zhì)量稱(chēng)重方面也由機(jī)械方 式稱(chēng)重，改為電子方式稱(chēng)重。根據(jù)數(shù)顯地磅的工作原 理及力學(xué)傳動(dòng)原理，有針對(duì)性的提供實(shí)用性的理論數(shù)據(jù)，以利 于使用者在選用、安裝、維護(hù)等方面，更好的保證數(shù)顯地磅的使用更有效、更準(zhǔn)確、更可靠。我的理論與實(shí)踐僅供使 用者研宄與探討。

1.傳感器的選擇

一般來(lái)說(shuō)，地磅稱(chēng)重量的大小決定了該選擇多大 噸位的傳感器。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，通常規(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(chē)上秤時(shí)的振動(dòng)、 沖擊、偏載等因素使部分傳感器瞬時(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)時(shí) 稱(chēng)量的準(zhǔn)確度下降，甚至損壞超出額定載荷的傳感器。為了 使傳感器在額定載荷以?xún)?nèi)工作，可以人為規(guī)定70%的系數(shù)。 規(guī)定一個(gè)上限，有助于提高秤的計(jì)量準(zhǔn)確性和耐用性。表1為 允許稱(chēng)重車(chē)輛的軸載。

軸載是指汽車(chē)后軸（含軸組）總載荷。地磅允許過(guò)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，還要考慮傳感器的技術(shù)參數(shù)，尤其是靈敏度是否符合稱(chēng) 重計(jì)量準(zhǔn)確度的要求。

首先分析一下靈敏度的定義（現(xiàn)討論同一靈敏度的傳感 器，以2mV/V為例），額定載荷下，傳感器的最大輸出信號(hào)差 (mV)與激勵(lì)電壓（V)的比值，單位是mV/V其意義在于傳 感器和稱(chēng)重儀表的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化。

以QS系列稱(chēng)重傳感器和XK3190 — D9儀表為例來(lái)說(shuō)明。

QS- 30T- A靈敏度為2 CmV/V D9儀表輸出激勵(lì)電壓 為8V

可以計(jì)算，30載荷狀態(tài)下，傳感器輸出模擬信號(hào)〔U( + ) —Ui(—)〕=2mV/VX8V=L 6^^ 同樣，20、、40 等傳感器額 定載荷下的輸出均為L 6^V多個(gè)傳感器組合使用時(shí)，把所 有傳感器的輸出信號(hào)并入接線(xiàn)盒中，由接線(xiàn)盒輸出兩根模擬 信號(hào)線(xiàn)（俗稱(chēng)"進(jìn)機(jī)線(xiàn)")到儀表。為確定所選擇的傳感器是否 正確，給出了下面的計(jì)算公式。值得注意的是，進(jìn)機(jī)線(xiàn)的信號(hào) 是多個(gè)傳感器信號(hào)平均值而非累加值。

秤體滿(mǎn)載時(shí)額定凈輸入信號(hào)（毫伏 U= S×Vx O /C ×R 式中，5一秤體重量，kg V—傳感器激勵(lì)電壓，VO—傳感器 靈敏度，mV/V C—傳感器量程（額定載荷），kg R—使用的傳 感器數(shù)據(jù)，這里表示并聯(lián)電壓回路數(shù)量。當(dāng)U/儀表分度值> 儀表輸入靈敏度時(shí)，可判為合格。

2.數(shù)顯指示儀表的選擇

稱(chēng)重儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：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、打印部分和串行通 訊部分。本文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。

2.1集成運(yùn)算放大器

稱(chēng)重儀表采用的放大器均為高精度集成運(yùn)放（如OP77、 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)。傳感器輸出的模擬信號(hào)正極與運(yùn)放的同相輸入 端相連Un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R，f則減法運(yùn)算后輸出電壓 LL = (RfR)X (U^Un)增益Au=RfR。。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模擬輸人信號(hào)范圍，根據(jù)上 式得出儀表的最大輸入信號(hào)范圍U為：

Ui=UP^Ui(A/D模擬信號(hào)范圍）/(運(yùn)放增益）

2.2模擬字轉(zhuǎn)換器

稱(chēng)重儀表中多采用16位S — AA/D芯片，理論上能把采 集來(lái)的模擬信號(hào)（上面論述的U )作216 (65536)等分。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)，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以下結(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)，甚至有 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 準(zhǔn)確度要求，也浪費(fèi)了儀表的資源。當(dāng)然，有用信號(hào)被等分得 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地磅為例來(lái)說(shuō)明如何合理選配。 要求解析：衡器的最大秤量值為40,t單節(jié)，4傳感器。按要求， 現(xiàn)在傳感器中可以選配的有10, 15 t 20,

3.1傳感器選配10 t

10 ×4= 40 ,

理論上可行，正好完全利用，但是考慮到秤體自重及汽車(chē) 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。

3.2傳感器選配15 t 15×4=60t>40t

60×70% =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(guò))

(40000 kg×8VX 2mV/V)/( 15000kg× 4) = OmV C3等級(jí)分度數(shù)為3000 則 10mV/3000=：3 33u V/d

這里取U=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。

3.3傳感器選配20 t 20×4= 80t>40t 80t×70% =56t>40t

(40000kg< 8VX 2mV/V) /(20000kgX 4)= 8mV C3 等級(jí) 分度數(shù)為3000

則8mV/3000=2 67U V/d

這里取U=8V 2 67U V/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。

綜合考慮上述第2節(jié)-第3節(jié)，第2節(jié)中最大凈輸入信號(hào)為10mY第3節(jié)中最大凈輸入信號(hào)為8mY即第2節(jié)中有用信 號(hào)要多一些。儀表的凈輸入信號(hào)范圍和反相輸入模擬信號(hào)均 大于第2節(jié)~第3節(jié)的范圍（一般反相輸入略小于同相輸入的 值）。但是第2節(jié)對(duì)儀表的利用率要比第3節(jié)高一些即內(nèi)碼的 識(shí)別能力要好一些。同理，應(yīng)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)以上分析，我們用15t傳感器。當(dāng)然，如果暫時(shí)沒(méi)有 15傳感器，20切勺也可以,但不要選擇額定載荷更大的傳感器 (如30、40)因?yàn)槟菢訒?huì)減少可調(diào)性和儀表的準(zhǔn)確度，給檢秤 工作帶來(lái)不必要的麻煩。

在通常的情況下，衡器的配置由任務(wù)來(lái)確定，稱(chēng)重技術(shù)的 可行性將影響最終的設(shè)計(jì)方案。對(duì)傳感器和顯示儀表技術(shù)性 的深入理解解對(duì)選配高質(zhì)量的衡器有很大的幫助。

4.結(jié)束語(yǔ)

數(shù)顯電子衡器是每一個(gè)需要稱(chēng)重的單位必用，使用廣泛 而頻繁。在購(gòu)進(jìn)和選型方面，在選用傳感器方面缺乏專(zhuān)業(yè)知 識(shí)，尤其是在理論計(jì)算方面缺乏了解。根據(jù)我多年的理論與 實(shí)踐，愿對(duì)使用者有所幫助,共同探討。