本文敘述接線盒連接起各個傳感器,然后輸出給稱重儀表。除了信號可以有 累加功能外,接線盒的另一個重要作用是讓人對秤的角差進行調整。目前稱重行業一共有三 種主流的角差調整方式,各有利弊,對傳感器的性能要求也不一樣。
1.引言
對于大容量電子秤來說,典型的結構是將稱 重傳感器簡稱“傳感器”下同安裝在秤臺的除了信號累加功能外,接線盒的另一個重要 作用是讓人對秤的角差進行調整。目前稱重行業 一共有三種主流的角差調整方式,各有利弊,對 傳感器的性能要求也不一樣。
2.多模擬傳感器連接模型
假設總載荷為W,各個傳感器上載荷的分配 系數分別為k1, k;2, k3和kt,顯然,
這表明滿足式Q時,整秤的輸出與各個載 荷的分配系數無關,也意味著與載荷在秤臺上放 置的位置無關。
反過來講,上面過程也證明:只要無角差, 也就滿足與加載位置無關的條件。所以,標秤前 都必須先調角差,就是為了滿足這個條件。
S/R是傳感器額定輸出與輸出阻抗之
比,單位為mv/v/Q。或者理解為傳感器在額定載 荷時的短路輸出電流值。只要該參數相等,就能 保證整秤輸出與載荷位置無關。因此,該參數也 被稱為電流校準值,英文名稱為“ Current calibration”。是傳感器重要的標準化參數之一。
調角差是標秤的重要步驟,如果角差不好, 加載位置不同則稱量結果不同,秤的重復性就不好。標秤時,加載砝碼前的載荷分布與卸載砝碼 后的載荷分布肯定會有所不同,因而,角差不好 又會影響到滯后性能以及線性。
4.角差調整原理及其特點
調整角差的目的就是要將各個傳感器的電流校準值調為相等,因此,有兩種調整途徑:調滿量程輸出電壓S,或者調輸出阻抗R。由于此時 已經不能調傳感器內部的參數,所以,只能通過 外接元件來調整,這些外接的元件集中在接線盒 中。具體類型和方法如下:
(1)調輸出阻抗法:在每個傳感器的輸出端串 入電位器,調整每個傳感器的輸出阻抗。
(2)在每個傳感器的輸入端串入電阻,減小傳 感器的橋路電壓,減小滿量程輸出電壓。
(3)在每個傳感器的輸出端并聯電位器,調整 傳感器的輸出電壓幅值。
4.1輸入端串入電位器法 輸入端串入電阻rm引起的S相對變化可用下 式計算:
為了保證輸入阻抗的對稱性,需要在正負激 勵端各串入一個電位器。并且必須嚴格保證這兩 個電位器的調整值一致,否則會造成各個傳感器 的共模輸出電壓不同,造成整秤的零點奇異。
另外,該方法對傳感器的輸出對稱性要求也 很高。因此,這種方法應用很少。
4.2輸出端并聯電位器法 在每個傳感器的輸出端并聯了一個電位器 興型值為200k ,為了防止電位器調到0對傳感 器產生影響,在電位器上串聯了一個100k的固定 電阻。在每個傳感器的兩條輸出線上都串聯了一 個2.5k的固定電阻,稱為隔離電阻。經過隔離電 阻的各個傳感器的輸出并聯后接到儀表。如圖2所示。
隔離電阻的作用是為了減少調整一個傳感器 的電位器時對其他傳感器的輸出影響。
這種方式的最大優點是調整角差時各個傳感 器之間影響小,一般不會出現調整一個角,另外 三個角出現劇烈的“蹺蹺板效應”變化,不需要 反復多次就能很快調好角差。這一點對于大型衡 器的角差調整非常重要,因為,大質量的砝碼反 復裝卸是非常困難和耗時的。
另一個優點是,這種接線盒對傳感器的輸出 阻抗對稱性要求不高,這是因為隔離電阻遠大于 輸出阻抗,即使原來傳感器的輸出阻抗不對稱, 串聯隔離電阻后,其對稱性也變得相當好,不會 產生整秤的異常零點和上電溫度漂移現象。
但是,其缺點是:
(1)由于是并聯電位器,所以調整具有非線性 的特點,例如,開始時旋動電位器一圈能調整1 噸,而調整幾圈后,旋轉一圈只能調整100kg。
(2)電位器的溫度系數往往較大,會引起整秤 額外的溫度稱量誤差。
(3)由于隔離電阻較大,造成傳感器與儀表之 間的阻抗大,其抗干擾性能降低,EMC指標往往 難以過關。
4.3調輸出阻抗式法
采用這種方法的接線盒原理如圖3所示,在 每個傳感器的兩根輸出線上都串入一個可調電位 器,用來調整傳感器的輸出阻抗。在調整時,應 保證兩個電位器的值想同,使得兩根輸出線上的 輸出阻抗對稱。
在實際的接線盒產品中,在每個電位器旁并 聯了一個固定電阻,這個固定電阻的溫度系數與 電位器的相反,起到溫度補償作用。另一方面, 也起到改變電位器阻值調整范圍的作用。
角差的調整靈敏度由下式計算:
如果傳感器的輸出阻抗為350Q, 140可產 生土 20000ppm的調整范圍。足以彌補S的誤差范 圍。通常S的誤差為± 1000ppm。
這種接線盒的優點在于,由于電位器是串聯 在傳感器輸出端的,因此,調整的線性度好,不 會出現轉動同樣的圈數,不同位置調整的結果差 距巨大的現象。
另一個優點是整秤的EMC性能較好。
但是,這種調整法對傳感器的輸入和輸出阻 抗對稱性要求很高,對稱性不好會產生奇異的零 點,即各個傳感器的零點都很小,但接到接線盒 后零點很大,甚至超出儀表輸入范圍。對稱性不 好還會造成上電溫度漂移。
另一個特點是,由于各個傳感器之間沒有隔 離,一個傳感器調角差時,其它傳感器的輸出會 受到影響,即所謂“蹺蹺板效應”調整起來比較 困難。
5.結束語
本文總結了多傳感器秤的角差調整原理,以 及三種調角差方法。希望對于各位讀者理解其各 自的工作原理和特點有所幫助。
采用哪種調角差方式,與企業的產品傳統有 關,與秤產品的精度有關,也與所采用的傳感器 特性有關,需要統籌考慮。