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稱重傳感器并聯(lián)組秤的偏載調(diào)試技術(shù)

2011-12-18  閱讀(3718)

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稱重傳感器并聯(lián)組秤的偏載調(diào)試技術(shù)


【摘 要】本文分析了電阻應(yīng)變式稱重傳感器并聯(lián)組秤的偏載誤差調(diào)試原理,重點介紹了一些調(diào)整偏載誤差的實用電路和實際調(diào)試時需注意的事項。
【關(guān)鍵詞】 稱重傳感器;并聯(lián)組秤;偏載調(diào)試
一、引言
中、大型電子衡器均由幾個電阻應(yīng)變式稱重傳感器(以下簡稱為稱重傳感器)組成,而稱重顯示儀表則僅用一塊。對于幾個稱重傳感器組秤的聯(lián)接有二種方式,即串聯(lián)組秤和并聯(lián)組秤。由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,單片機的普及,稱重儀表的輸入靈敏度等性能的極大提高,*了并聯(lián)組秤的技術(shù)要求,所以從上世紀(jì)80年代國內(nèi)也淘汰了串聯(lián)組秤,普遍采用并聯(lián)組秤方式。
然而由于電子衡器受土建施工和機械安裝的影響,易造成各個稱重傳感器受力的不均勻。加之稱重傳感器的制造,雖經(jīng)電路補償與調(diào)整,各項參數(shù)也不可能做到*一致。這樣有可能會給用多個稱重傳感器并聯(lián)工作的電子衡器帶來不能接受的偏載誤差。電子衡器業(yè)內(nèi)周知偏載測試合格與
否,是電子衡器能否通過檢定,正常使用的關(guān)鍵一項。因此分析稱重傳感器并聯(lián)組秤時偏載調(diào)試的原理,減小偏載誤差,探討有效合理的調(diào)試方法十分必要。
二、稱重傳感器并聯(lián)電路簡析
1、一個稱重傳感器的電路
稱重傳感器是在彈性體上按照一定的規(guī)律粘貼電阻應(yīng)變片且接成電橋電路形式。為使多項技術(shù)參數(shù)達到要求,還需逐個進行電路補償與調(diào)整,加一些補償電阻。如圖一所示。
R1、R2、R3、R4 電阻應(yīng)變片 RZT 零點輸出溫度補償電阻
Ri 輸入阻抗補償電阻 RZ 零點輸出補償電阻
RL 線性補償電阻 RO 輸出阻抗補償電阻
RS 靈敏度補償電阻 RST 靈敏度溫度補償電阻
圖一
根據(jù)戴維定理,一只稱重傳感器的電路可以等效為一個電壓源和與其輸出阻抗串聯(lián)的電路 如圖二所示。
圖二
e是稱重傳感器受載后產(chǎn)生的電壓信號,其大小正比于稱重傳感器的靈敏度系數(shù)K和重量W的大小。RO是稱重傳感器的輸出阻抗。如果在稱重傳感器輸出端并接一個可調(diào)電位器RW加以調(diào)整,則可使多個稱重傳感器的輸出電壓相等,即U01=U02=U0n。如圖三所示。目前應(yīng)用zui多的偏載誤差調(diào)整方法就是基于此原理。 1011101.WWRRReU+= 2022202.WWRRReU+=
圖三
2、多個稱重傳感器并聯(lián)的電路
多個稱重傳感器并聯(lián)連接電路如圖四所示。多個稱重傳感器的輸入端并聯(lián),由稱重儀表里的直流穩(wěn)壓電源供電作為橋壓,輸出端也并聯(lián),輸出信號電壓至稱重儀表。
圖四
n只稱重傳感器并聯(lián)輸出的等效電路如圖五。ei為第i個稱重傳感器輸出端開路的輸出電壓。R0i為第i個稱重傳感器在電壓源短路的輸出電阻。e為n個稱重傳感器并聯(lián)后的總的輸出電壓。
圖五
圖五并聯(lián)輸出等效電路的節(jié)點電壓方程式為: nnnReReReRRRe002201100201...1...11+++=????????+++
因為ei=kiwi 所以ΣΣ===niiniiiiRRwke10101
由上式可以看出,對于用n個稱重傳感器并聯(lián)組成的電子衡器,Σ=niiR101必然是一個確定的常數(shù),它不會給電子衡器造成偏載誤差。而Ki和R0i的分散性卻會直接影響e和w成正比的關(guān)系。也就是說,只有當(dāng)多個稱重傳感器的靈敏度系數(shù)Ki和輸出阻抗R0i都相等,或者它們的比值iiRK0相等時,才能保證同一載荷W在電子衡器臺面不同的位置上,顯示值一致,即無偏載誤差。顯然多個稱重傳感器并聯(lián)組秤所必須具備的條件是各稱重傳感器的iiRK0比值一致。但由于大批量生產(chǎn)制造出來的同一系列同規(guī)格稱重傳感器的靈敏度系數(shù)和輸出阻抗存在一定離散性是不可避免的,加之土建施工、機械安裝因素,所以多個稱重傳感器并聯(lián)組秤都需要設(shè)置接線調(diào)整盒來解決偏載誤差問題。
三、實用的調(diào)整電路
圖六
稱重傳感器并聯(lián)組秤時,常用的偏載誤差調(diào)整的方式如圖六所示。*,稱重傳感器生產(chǎn)制造時對各種技術(shù)參數(shù)的補償修正都是對稱調(diào)整實施的。例如靈敏度系數(shù)調(diào)整電阻就是以對稱形式連接在輸入端的兩邊。所謂電壓調(diào)節(jié)方式,實質(zhì)上是微調(diào)其靈敏度系數(shù),故也應(yīng)該以對稱形式出現(xiàn)在輸入端。
上世紀(jì)90年代金鐘公司生產(chǎn)的靜態(tài)電子軌道衡就是采用圖六(a)方式,是在多個稱重傳感器輸入端各串接一對精密電位器(RW=20Ω),對多個稱重傳感器得到的激勵電壓作細微的調(diào)整,從而改變其靈敏度系數(shù),以使各稱重傳感器的Ki/Roi比值趨于一致,消除偏載誤差。
圖六(b)為一進口稱重設(shè)備上接線盒中的電路。一是在多個稱重傳感器輸出端串聯(lián)一對誤差小0.05%的精密電阻(2.5K~5K)。精密電阻阻值遠大于稱重傳感器的輸出電阻,從而相對有效地減小稱重傳感器輸出電阻的離散程度。二是在輸入端兩邊對稱的串接三個小阻值的精密電阻,每個電阻有短接焊點,供調(diào)整之用。實質(zhì)上是改變每個稱重傳感器所得到的激勵電壓值的大小,微調(diào)其靈敏度系數(shù),達到各稱重傳感器的Ki/Roi比值一致。實際使用情況表明,這種調(diào)整方法相對比用電位器(圖六(a))的長期穩(wěn)定性要好。上二種調(diào)整方式,在調(diào)試時要注意兩邊對稱調(diào)整。早期有些調(diào)整電路僅在輸入端單邊串接一只精密電位器,易造成稱重傳感器中點電位的差異,對輸出零點和稱量精度都會帶來影響,這是不提倡使用的。
圖六(c)是多個稱重傳感器并聯(lián)組秤普遍采用的一種調(diào)整電路。電阻R是為了防止電位器Rw短路而設(shè),精密電阻Rg為隔離電阻,將各稱重傳感器經(jīng)調(diào)整后的電壓隔離開來,稱重傳感器輸出電壓經(jīng)過各自的隔離電阻,并聯(lián)起來送至稱重儀表。顯然,通過改變Rw可以使各個稱重傳感器輸出電壓趨于一致,加之隔離電阻也能起到減小稱重傳感器輸出電阻離散程度的作用,這樣有效的消除了偏載誤差。實際使用時的接線如圖七所示(未畫出TVS管)。此法我們zui早見于上世紀(jì)80年代中托利多公司生產(chǎn)的電子汽車衡中,后被大家接受,廣泛使用。
圖七
可以明顯的看出來,和近來有些文章中所給出的電流調(diào)節(jié)方式的電路(《衡器》2010年5期26頁圖3)相比,雖然電路參數(shù)相同,但其作用效果大不一樣。在不考慮其他并聯(lián)稱重傳感器的影響情況下,畫出二種等效電路,以輸出電阻RO=700Ω的稱重傳感器為例,下面的等效電路圖(右圖)調(diào)節(jié)范圍為:-0.3%~-6.5%,調(diào)整量為6.2%。《衡器》2010年5期第26頁圖3的等效電路調(diào)節(jié)范圍為:-2.6%~-36.3%,調(diào)整量為33.7%。近年來國產(chǎn)稱重傳感器質(zhì)量普遍提高,尤其是幾個大廠的,*并聯(lián)組秤的要求。不知設(shè)計如此之大的調(diào)整量有何用?且一開始會造成稱重傳感器輸出信號電壓衰減近3%,真令人難以理解。所以我們認(rèn)為下圖3方式是不妥的,主要是隔離電阻起不到隔離
電阻應(yīng)有的作用。開始我們臆斷,可能是作者粗心把隔離電阻的位置畫錯了,或者是印刷有誤。然而我們在先后不同的三篇文章(中國計量2009-5-91頁,計量技術(shù)2009-12-58頁,衡器2010-5-26頁)中都看到是同樣的表述,不知作者是否實際使用過這種調(diào)整方式,我們推測,如不是特例,下圖3方式是無法正常工作的。
《衡器》2010-5-26頁 等效電路
圖3的等效電路
四、實際調(diào)試時應(yīng)注意事項
1、選配稱重傳感器
因為多個稱重傳感器的iiRK0比值相等是并聯(lián)組秤的*條件,所以要有意識的盡量選擇靈敏度系數(shù)Ki和輸出電阻Ro的數(shù)值接近一致的稱重傳感器作為一組,供并聯(lián)組秤用。不要依賴有調(diào)整電路,隨意地取幾個進行組合,這樣有可能會給偏載調(diào)試帶來麻煩。
2、檢查稱重傳感器受力情況
在實際調(diào)試時,當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏載誤差較大時,應(yīng)首先檢查和排除因基礎(chǔ)施工和機械傳力機構(gòu)安裝不當(dāng)所造成的故障。比如固定稱重傳感器的承重底板的水平和高差是否達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求,各稱重傳感器受力是否正確,找出產(chǎn)生偏載誤差的真正原因,不要輕率地就進行調(diào)整,因為一般調(diào)整電路的可調(diào)范圍不大,這樣往往會無功而返,即使能夠調(diào)好也會留有隱患,尤其是對于新安裝的秤。
3、接線盒與稱重傳感器匹配的確認(rèn)
要檢查一下接線盒內(nèi)的調(diào)整電路是否與稱重傳感器的輸出電阻相匹配。接線盒(圖六C)是批量生產(chǎn)的通用標(biāo)準(zhǔn)配件,供輸出電阻為350Ω~1000Ω的多種稱重傳感器并聯(lián)組秤時,偏載調(diào)試用。但對于輸出電阻為4KΩ的稱重傳感器就不適合了,需重新配置調(diào)整電路中的電阻。另外,接線盒中的多個電位器在調(diào)試前,應(yīng)注意檢查是否處于中間位置,以便可以向兩個方向調(diào)整。首先用約等于(Max/N-1)值的穩(wěn)定載荷把N個承
重點檢測一遍,記錄下N個數(shù)據(jù),然后依照“少數(shù)服從多數(shù),向中間值靠攏”的原則進行調(diào)試,這樣可使N個數(shù)據(jù)盡快趨于一致,順利完成偏載誤差的調(diào)試檢定工作。
五、結(jié)束語
電子衡器的偏載測試是檢定工作中至關(guān)重要的一項,在實際操作中,從業(yè)人員能對偏載誤差產(chǎn)生的原因作出正確的判斷,明確調(diào)整的原理,掌握行之有效的調(diào)整方法是十分必要的。

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