数字式地磅角差修正研究
地磅由多个称重传感器组成,相比由单个传感器组成的称重系统,重量的计算更加复杂。除了线性度校 准,还需要进行角差修正。在模拟传感器组成的地磅调试时,需要通过调整各路传感器的角差调整电位器进行角差修 正。目前应用广泛的数字式传感器为角差修正提供了更多方法。在分析了数字式地磅产生误差的原因后,基于目 前常用的线性方程组法,提出了用最小二乘法进行角差系数优化的方法,并进行了实验验证。实验表明,此方法可以提高 数字式地磅的称量准确度。
1.引言
地磅在大宗货物计量中发挥着重要作用。相比于早 期使用的机械式地磅,地磅结构简单,操作方便,精度更 高,渐渐取代了机械式地磅。地磅主要由称重传感器、
秤体和称重显示仪表三个部分组成,并可按用户需求,选配大屏 幕、打印机、欠件管理系统、终端机等。按传感器输出信号地磅可分为模拟式电子汽车衡和数字式地磅。在模拟式地磅称重时，称重传感器输出与重量成比例的电压信号,再 通过接线盒将各路的电压信号进行累加，经过信号放大、A/D转 换后,变为可由单片机处理的数字信号,最后由仪表或大屏幕显 示称重数据。
随着传感器技术的发展,数字式地磅得到广泛应用。
与模拟式地磅相比,数字式地磅采用数字称重传感 器。数字式称重传感器将电桥、电压信号处理、A/D转换及微处理 器集中到一起,通过传感器接口输出的信号为单片机可直接处理的数字信号。以QS系列为例， 数字称重传感器实现了零点平衡调整,零点温度漂移补偿,灵敏 度补偿,灵敏度温度补偿,输出一致性调整和电阻非线性补偿。 数字称重传感器可直接输出RS485信号,抗干扰能力更强。为 区分同一台地磅下的不同称重传感器,每个数字称重传感器都 有各自的地址。通过单片机和各路数字称重传感器通讯,即可获 取每个传感器的内码值。
偏载误差是影响地磅的称量精度的重要原因之一，角差 修正在汽车衡的安装调试中非常重要。模拟式地磅在进行 校准时,为了修正角差，需要反复调整各路传感器的角差调整电 位器，这种方法需要人工操作,费时费力,称重结果误差较大。当 前,数字式地磅称重仪表中，大都采用对每个传感器压角， 求解线性方程组或手动输入的方式进行角差修正。这种方式获得 的角差系数和压角位置有关,无法获得最优解。获取更优的调整 参数是减小偏载误差的途径之一。
2.地磅称重原理
一个平面由多个支点撑起，假设平面足够平整，无受力变 形,为理想平面,并忽略平面的重量。那么在此平面上加载重量 W,每个支点的支撑力为Ft,则存在以下等式：
数字式地磅可以以此为模型，每个支点都装有数字 称重传感器。经过内部电路调整及补偿,数字称重传感器输出内 码值。此内码值与传感器所受的力相关[6。其输出线，内码值与重 量,如图1所示。
中横坐标为传感器上承受的重量，纵坐标为传感器输出 的内码值。理论上,输出的总内码值与所承受的重量成比例关系， 不能直接相等。假设施加在各个传感器的重量为^传感器的内 码值为足,零点总输出为
3.角差形成原因及修正
3.1角差形成原因
角差系数的修正影响到地磅的精确度。由于称重传感器 在安装过程中,基础结构、工艺问题都会引起误差。即使是同型号 的传感器,也无法做到完全一致,且传感器的灵敏度也有一定的 差异I在实际运用中,传感器输出的内码值与其承载的重力的关 系,如图2所示。
3.2角差修正原理
为了修正角差带来的误差，需要求出每个传感器的角差系 数ft。求解ft的过程即为角差修正过程。在地磅秤体安装后， 需要查看各个传感器的内码值，防止内码值数值差距过大,尤其 应防止跷跷板现象。在完成以上检查之后,要进行零点确认。当秤 体空载时，由于称台自身的重力和传感器安装,传感器输出一个 内码值X0i,即零点输出值。目前常见的数字式称重仪表,多利用 多维方程组来得出角差系数的值。其原理如下：
对于由n个传感器组成的地磅，需要在不同的受力点加 载n次重量。取K=1,这样可以得到：
4.实验及实验结果分析
为检验线性方程得出结果的精确度，搭建实验平台如图3 所示。
秤台长12m,宽3.2m。秤台安装有6支QS-D10-40tH 数字称重传感器。该传感器具备通讯地址,将传感器地址设置,如 图3所示。将传感器接入接线盒,再通过RS485协议与控制器之 间通讯。实验采用的标准砝码为M2等级1t。在开始标定前,需要 对传感器内码值进行比较,防止秤体安装不平,这有利于秤体的 调平工作。安装良好的秤体,外圈1、2、5、6号传感器的内码值接 近，内圈3、号传感器的内码值接近,且与外圈传感器内码值为 —倍左右。秤体安装完毕后,连接传感器与控制器,开始实验。
首先对称重系统进行零点确认,空秤状态下,待称台稳定后 记下各传感器的内码值。然后进行“压角”操作,即将重物放在传
5.结论
经过实验可以得出，用最小二乘法进行角差修正后的称重 模型3,相比于“压角”获取的称重模型2,误差更小。这种方法计 算简单,可方便移植到微控制器中。用该模型计算称重重量,可以 减小数字式地磅称体安装不平,传感器灵敏度不一致导致 的误差,提高地磅的称量精度。
