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

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

汽車(chē)衡以其使用方便、高準確性、公正化、 電子化等特點(diǎn)迅速取代了老式機械秤市場(chǎng)。相應的 對于衡器生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品設計者來(lái)說(shuō)，如何根據用 戶(hù)需要，合理配置，形成最優(yōu)性?xún)r(jià)比，是相當重要的。 下面，以汽車(chē)衡為例來(lái)具體闡述。

汽車(chē)衡的重要部分是稱(chēng)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)，多大噸位的秤就應該選擇多大噸位 的傳感器。但是，在實(shí)際應用中，我們規定靜態(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

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，使當次稱(chēng)量的準確性下降。為了使 傳感器工作在額定載荷內，我們可以人為規定70/ 的系數。規定這樣的上限，有助于提高秤體的準確 性。下表為允許過(guò)衡車(chē)輛的軸載。

軸載系指汽車(chē)后軸(含軸組)總載荷。汽車(chē)衡允 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，我們還要考慮到傳感器的技術(shù)參 數，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(mv)與激勵電壓(v)的比值， 單位是“mv/v”。其意乂在于傳感器和稱(chēng)重儀表的標 準化、統一化。

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 2.0mv/v

D9儀表輸出激勵電壓為8v

可以計算，30T載荷狀態(tài)下，傳感器輸出差模信 號[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 號并入接線(xiàn)盒中，由接線(xiàn)盒輸出兩根差模信號線(xiàn)(我 們稱(chēng)進(jìn)機線(xiàn))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算公式。值得注意的是， 進(jìn)機線(xiàn)的信號是多傳感器信號平均值而非累加值。

秤體滿(mǎn)載時(shí)額定凈輸入信號(毫伏）

U=SxVxO/CxR

其中:S—為秤體量程，單位為Kg

V—為傳感器激勵電壓，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—為使用的傳感器數量這里表示并聯(lián)電 壓回路數量

當U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度為合格。

2 .稱(chēng)重儀表的選擇

對于稱(chēng)重儀表的內部結構，大家都很清楚，放大 電路、A/D轉換、單片機以及和單片機相連的控制面 板、顯示部分、打印部分和串型通訊部分。我們要討 論的是其模擬信號及量化部分，即輸入信號和其中 的放大電路、A/D部分的關(guān)系。

①集成運算放大器

稱(chēng)重儀表采用的放大器均為高精度集成運放， 如OP177、OP277、MAX422等，具有高分貝，低失 調，低溫漂，高共模抑制比等特點(diǎn)。傳感器輸出的差 模信號正極與運放的同相輸入端相連UP，負極和運 放的反相輸入端相連UN，運放的同相與反相輸入電 阻均為Ri，反饋電阻為Rf，則減法運算后輸出電壓 Uo= (Rf/R1) x (UP-UN)，增益 Av=Rf/Ri。調整反饋電 阻使Uo和A/D轉換器的模擬信號電壓等級相匹 配。由于儀表中運放采用幾乎固定的增益和A/D模 擬輸入信號范圍，根據上式得出儀表的最大輸入信 號范圍U1為：

Ui=Up-UN= (A/D模擬信號范圍)/(運放增益） ②模擬-數字轉換器

稱(chēng)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（上面論述的Uo)做216 (65536)等份。以基準電壓對照，每一份模擬信號 (A=1/65536)對應一個(gè)數字量。這樣就實(shí)現了模數轉 換的功能。在無(wú)其他因素限制時(shí)，我們可以把A/D 的輸出信號看成儀表內碼的變換范圍。

把運放和A/D放在一起考慮，不難得出下面結 論:儀表的A/D可以看成是等分其額定輸入信號范 圍的。實(shí)際使用中的輸入信號往往很難接近其額定 輸入信號，有的達不到儀表輸入信號范圍的一半，這 樣不利于整個(gè)產(chǎn)品的精度也浪費了儀表的資源。當 然，我們還是希望有用信號被等分的越多越好，這樣 可以提高產(chǎn)品的準確度和可調性。

3.實(shí)例選配

現在以SCS-40汽車(chē)衡為例來(lái)說(shuō)明如何合 理選配。

要求解析:衡器的最大稱(chēng)量值為40噸，單節，四傳感器。

按要求，現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(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。

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，此處可以通過(guò)）

(40000kgx8vx2mv/v) ((15000kgx4) = 10mv C3 等級分度數為 3000 貝lj 10mv/3000=3.33uv/d 這里取V=8v

3.33uv/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指標 內，可以選用

③20T 20Tx4=80T>40T 80Tx70%=56T>40T

(40000kgx8vx2mv/v) ((20000kgx4) =8mv C3 等級分度數為3000則 8mv/3000=2.67uv/d這里取V=8v

2.67uv/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指標 內，可以選用綜合考慮②，②中最大凈輸入信號 為10mv，③中最大凈輸入信目號為8mv，即②中有用 信號要多一些。儀表的凈輸入信號范圍和反相輸入 差模信號均大于②~③的范圍（一般反相輸入略小 于同相輸入的值）。但是②對儀表的利用率要比③ 高一些，即內碼的識別能力要好一些。同樣的道理， 我們也盡量選擇信號范圍接近傳感器信號變化最大 值的儀表。

根據上面分析，我們選用15T傳感器。當然，如 果暫時(shí)沒(méi)有15T的傳感器，20T的也可以，請不要選 擇額定載荷更大的傳感器（比如30T、40T)，會(huì )減少可調性和儀表的準確度，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(chēng)重技術(shù)的可行性將影響到最終設計方案。對于 傳感器和儀表的技術(shù)性探討我們還在繼續。更深入 的理解，對于我們如何選配一臺高質(zhì)量的衡器有很 大幫助。