地磅電容式稱(chēng)重傳感器在汽車(chē)稱(chēng)重系統中的應用分析

針對我國目前大都采用的電阻應變式傳感器汽車(chē)載重檢測系統的弊端，分析了用電容稱(chēng)重傳感器進(jìn)行車(chē)輛稱(chēng)重，從而實(shí)現靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式測重，實(shí)現不受位置的約束。該稱(chēng)重裝置不必另外加裝專(zhuān)用彈性體，而是利用車(chē)輛本身自帶的用來(lái)減振用的鋼板彈簧，因此結構上比較簡(jiǎn)單，具有一定的現實(shí)意義。

我國目前采用的幾種汽車(chē)載重檢測系統大都采用的是電阻應變式傳感器。這種傳感器是在彈性體的表面上粘貼電阻應變片，由于彈性體在長(cháng)期工作后剛度會(huì )有所降低，這將引起測量結果偏高 。而采用電容稱(chēng)重傳感器進(jìn)行車(chē)輛稱(chēng)重，能實(shí)現靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式測重，實(shí)現不受位置的約束。該稱(chēng)重裝置不必另外加裝專(zhuān)用彈性體，而是利用車(chē)輛本身自帶的用來(lái)減振用的鋼板彈簧，因此結構上比較簡(jiǎn)單。

電容式稱(chēng)重傳感器，安裝在輪軸上方和車(chē)廂底部之間，它能夠把汽車(chē)載荷變化轉化為電容傳感器電容值的變化，經(jīng)過(guò)單片機分析處理就能夠獲得汽車(chē)的載荷值。假如汽車(chē)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(chē)前后輪軸上的電容傳感器采集汽車(chē)載荷信息； A/D 轉換器將采集到的模擬信號轉化為數字信號，然后輸入到單片機上；單片機將對接受到的數字信號進(jìn)行運算和處理后，將測量結果輸出到液晶顯示屏；如果汽車(chē)載荷超過(guò)額定值時(shí)，將向去點(diǎn)火系統輸入控制信號，使汽車(chē)熄火，讓其無(wú)法正常行駛。

電容稱(chēng)重傳感器在汽車(chē)上的安裝如圖 1.2 所示。

當車(chē)廂內的貨物兩邊輕重不同時(shí)，車(chē)輪上方的鋼板彈簧的變形會(huì )不同，會(huì )引起車(chē)廂傾斜。為降低彈簧變形不同帶來(lái)的誤差，將電容極板固定在輪軸的正中間，因此，當車(chē)廂產(chǎn)生傾斜時(shí)，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(chē)廂下面，處于車(chē)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(chē)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(chē)每根輪軸正上方和車(chē)身之間都需要安裝一個(gè)電容稱(chēng)重傳感器。

當汽車(chē)裝上貨物后，輪軸上安裝的鋼板彈簧就會(huì )出現彈性變形，稱(chēng)重傳感器極板間距 d 就會(huì )與原來(lái)不同，稱(chēng)重電容的容量值也就會(huì )隨之產(chǎn)生變化。由于車(chē)輛載荷和彈簧的變形量成正比，所以，我們可以預先通過(guò)實(shí)驗的方法標定出電容測量電路輸出電壓值與汽車(chē)輪承受載荷之間的線(xiàn)性關(guān)系，然后就能依據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(chē)各軸上所對應的載荷質(zhì)量全部相加，就可以求得該車(chē)總的載荷質(zhì)量。

根據車(chē)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(chē)廂底部一般離輪軸比較遠，根據電容值和極板面積、極板間距的關(guān)系，會(huì )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(xiàn)間的雜散電容通常卻大大超過(guò) 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(chē)在和計算原理

以四輪兩軸汽車(chē)為例，若在汽車(chē)上安裝的電容傳感器相同，汽車(chē)所用鋼板彈簧相同，設空車(chē)質(zhì)量為m0，汽車(chē)載荷質(zhì)量為mL，當汽車(chē)保持靜止或勻速運動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其受力平衡，，則有如下等式：