地磅传感器的选用与仪表的配置

根据数显地磅的工作原理及力学传动原理,有针对性的 提供实用性的理论数据，在工作原理、传感器的选用、理论计算等方面 提供给读者，愿与使用者共同研究与探讨.

0.引言

随着科学技术的飞速发展，在质量称重方面也由机械方 式称重，改为电子方式称重。根据数显地磅的工作原 理及力学传动原理，有针对性的提供实用性的理论数据，以利 于使用者在选用、安装、维护等方面，更好的保证数显地磅的使用更有效、更准确、更可靠。我的理论与实践仅供使 用者研宄与探讨。

1.传感器的选择

一般来说，地磅称重量的大小决定了该选择多大 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% X传感器的额定载 荷X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时的振动、 冲击、偏载等因素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，使当时 称量的准确度下降，甚至损坏超出额定载荷的传感器。为了 使传感器在额定载荷以内工作，可以人为规定70%的系数。 规定一个上限，有助于提高秤的计量准确性和耐用性。表1为 允许称重车辆的轴载。

轴载是指汽车后轴（含轴组）总载荷。地磅允许过衡轴 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，尤其是灵敏度是否符合称 重计量准确度的要求。

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 CmV/V D9仪表输出激励电压 为8V

可以计算，30载荷状态下，传感器输出模拟信号〔U( + ) —Ui(—)〕=2mV/VX8V=L 6^^ 同样，20、、40 等传感器额 定载荷下的输出均为L 6^V多个传感器组合使用时，把所 有传感器的输出信号并入接线盒中，由接线盒输出两根模拟 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 是多个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 U= S×Vx O /C ×R 式中，5一秤体重量，kg V—传感器激励电压，VO—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。

2.数显指示仪表的选择

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、打印部分和串行通 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。

2.1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OP77、 OP277、MAX422等）具有高分贝、低失调、低温漂、高共模抑 制比等特点。传感器输出的模拟信号正极与运放的同相输入 端相连Un负极和运放的反相输入端相连Un运放的同相与 反相输入电阻均为Ri反馈电阻R，f则减法运算后输出电压 LL = (RfR)X (U^Un)增益Au=RfR。。调整反馈电阻使 Uo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模拟输人信号范围，根据上 式得出仪表的最大输入信号范围U为：

Ui=UP^Ui(A/D模拟信号范围）/(运放增益）

2.2模拟字转换器

称重仪表中多采用16位S — AA/D芯片，理论上能把采 集来的模拟信号（上面论述的U )作216 (65536)等分。以基准 电压对照，每一份模拟信号（A= 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。把运放和A/D放在一起考虑不难得出以下结论：

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 准确度要求，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。

3.实例选配

现在以SCS- 40地磅为例来说明如何合理选配。 要求解析：衡器的最大秤量值为40,t单节，4传感器。按要求， 现在传感器中可以选配的有10, 15 t 20,

3.1传感器选配10 t

10 ×4= 40 ,

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。

3.2传感器选配15 t 15×4=60t>40t

60×70% =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)

(40000 kg×8VX 2mV/V)/( 15000kg× 4) = OmV C3等级分度数为3000 则 10mV/3000=：3 33u V/d

这里取U=8V 3 .33UV/d在现有多数仪表的输入灵敏度 指标内，可以选用。

3.3传感器选配20 t 20×4= 80t>40t 80t×70% =56t>40t

(40000kg< 8VX 2mV/V) /(20000kgX 4)= 8mV C3 等级 分度数为3000

则8mV/3000=2 67U V/d

这里取U=8V 2 67U 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10mY第3节中最大净输入信号为8mY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拟信号均 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。

根据以上分析，我们用15t传感器。当然，如果暂时没有 15传感器，20切勺也可以,但不要选择额定载荷更大的传感器 (如30、40)因为那样会减少可调性和仪表的准确度，给检秤 工作带来不必要的麻烦。

在通常的情况下，衡器的配置由任务来确定，称重技术的 可行性将影响最终的设计方案。对传感器和显示仪表技术性 的深入理解解对选配高质量的衡器有很大的帮助。

4.结束语

数显电子衡器是每一个需要称重的单位必用，使用广泛 而频繁。在购进和选型方面，在选用传感器方面缺乏专业知 识，尤其是在理论计算方面缺乏了解。根据我多年的理论与 实践，愿对使用者有所帮助,共同探讨。