本文分析了电子秤并联式接线盒所存在的问题,提出了改进建议,同时对替代的新 产品作了介绍。
一、存在的问题
电子秤偏载调试用的并联式接线盒,是由 多圈电位器W和电阻Rq串联后与称重传感器LC 的输出端并联而得名。并联式拼线盒调整单元图, 如图1所示。其实质是通过W -R1流作用对传感 器输出电流进行调节,从而使多个传感器的灵敏 度与输出阻抗的比值接近一致来达到偏载调平的 目的,又称为电流调解式。因其整体性能略优于 串联式接线盒而被广泛采用。本文以电阻分析和 图示说明相结合的方式提出并联式接线盒存在的 问题及改进建议。
为了便于分析把电位器W可调圈数设为24 圈,以电子汽车衡中使用最多的桥式传感器为例 并把其输出阻抗最大值设为704ft,通常并联式接 线盒电路中W=200kft、Ri=10kft,调整电位器W 并按【0kft?200kft)+10kft】 /704ft计算,得到 电位器与传感器输出端并联坐标图这里也包括以 下调整量的计算均没有考虑其他并联传感器的影 响)。从这条曲线可看出,开始的0.6圈 (W=0kft ~5kft 调整值 672.44ft-657.7ft=14. 74ft,调整量为 14.74ft/704ft=2.094% ;开始的 1.2 圈(W=0kft ~10kft 调整 22.36ft,调整量 3.176% ;第①个3圈(0kft -25 kft 调整 32.42ft,而第⑧个3圈(175kft -200kft 仅调 整0.32ft,第①个3圈调整值正好是第⑧个3圈 的100倍。调试效果非常不均匀。电位器最后几 圈几乎没有效果但不影响衡器稳定性;电位器起 始几圈调整效果很明显,这时电位器触点位置变 化和接触电阻变化的影响就比较大,特别是一旦 进入0.6圈的范围内,一般的机械振动就可能引起 衡器显示值波动,影响衡器的准确性和稳定性。
二、改进建议
(一)建议一
通常人们把串接于电位器W中电阻R1的作 用误认为“是为了防止电位器短路而设”实为不 妥。假如R1 = 0欧姆、W =欧姆,那么它对于电位器、 称重传感器、衡器显示器均无任何伤害,仅仅是 此只传感器无输出信号而已。从坐标图上可得知 R1设置的目的,一是防止电位器起始几圈调整过 于灵敏造成稳定性过差;二是决定了调整量。如 图2所示,W=200kft、R1=10kft其最大调整量 为(701.65ft -657.70 / 7040 = 6.24% ;假如 R1 =1kft其最大调整量可达(201 kft II 704ft-1kft |704ft / 704ft =41%,如此大的 调整量其稳定性肯定很差。调整量与稳定性是对 矛盾体,要提高稳定性必然要减小调整量。近年 来国产传感器的质量有所提高,3%的调节量已足 够。因此可把影响接线盒稳定性很大的电位器初 始0.6圈去掉,或去掉1.2圈,即加大R1的阻值。 当R1 = 15kft时调整量为4.16% ; R1 = 20kft时调 整量为3.08% ,这样不仅排除稳定性差的担忧, 调整电位器时也平滑得多。
(二)建议二
在接线盒使用说明书中大多注明“电位器已 调中”。当W =200kft调中为100kft时从坐标图 中得知W =100kft时对应的阻值为699.52ft,调 整电位器 W=0kft ~100kft 调了 41.82ft, W = 100kft?200kft调了 2.13ft,调整下降的量是调 整上升量的20倍,往往造成调到头也升不上去, 只得把显示多的全部降下来。所谓调中应看效果, 上升和下降的调整量应该相差不多才正确,为此 电位器的“中点”应预调40kft为好。
㈢建议三
并联式接线盒中的所有电阻、电位器均先通 过串联然后再把各支路并接在一块,因此不能单 独测量电位器的实际阻值;不易回复原始位置; 也不能判断它的好坏,对调试和维修都带来不便。 唯一的办法也只有将隔离电阻I或R)的一角 断开,与其拆下焊上带来麻烦,尚不如在线路板 的正面设置可通断的焊接端点。
㈣建议四
首先分析隔离电阻R2、R3处于两个极端阻值 产生的后果,当R2=R3=^ft时,相当于把传感 器输出线断开,衡器显示器得不到信号;当R2 = R3=0ft时,各传感器输出调节回路W-R1等于全 部并联在一块,相当于在总输出端并接一个仅能衰 减总输出信号且与调节回路毫无关系的电阻,使调 节无效。并联式接线盒中隔离电阻的取值主要是由电子秤显示器的供桥电压、最小分辨率以及传感器输 出阻抗这三个主要方面来决定,不能盲目跟风国外。 国产的衡器显示器其供桥电压一般为5V,仪表最小 分辨率为0.1+V/d,因此隔离电阻的阻值单只 为传感器输出阻抗1倍?2倍即可。建议:传感器 输出阻抗为350ft时R2 = R3 =750ft; 700ft时 R2=R3=1.5kft ; 4kft 时 R2=R3=5kft,在基本保 证隔离作用后尽可能地减少传感器输出电压的损失。
三、隔离电阻精度的要求
隔离电阻的存在能减小传感器输出阻抗离散 度对各传感器输出的影响。减小影响量的程度除 了阻值的大小外还来源于电阻自身的质量指标, 一是温度系数要小,阻值越大受温度影响的量就 越大(略;二是对隔离电阻精度的要求。如图1 所示R2=R3=2.5kft,桥式传感器输出阻抗最大为 704ft,原始的阻抗离散度4ft/700ft = 0.5714%。采 用精度0.1%的电阻2个2.5kft的均差按0.1%计, 为2.5ft+4ft)/5700ft =0.114%,输出阻抗离散度降低0.5714% -0.114% ?5倍,当然随着调整电位 器W降低的倍数不是个固定值,但最少也能降低3 倍以上。市场上接线盒良莠不齐,有不少采用1% 精度的隔离电阻,输出阻抗离散度C25ft+4ft
/5700ft =0.5088%与原始值的0.5714%已经接近, 对传感器输出的影响就更大了。
四、调整量与影响量的关系
并联式接线盒调整任一角电位器都会影响其 他角传感器输出阻抗同方向的变动,也就是各传 感器间相互影响造成示值的变动。衡器显示器显 示的差值=调整量+影响总量=[1+fc (n-1) /n]?调 整量,其中影响总量=k (n-1)/n]?调整量,平均影 响量=k/ (n-1) ]x调整量式中n为传感器只数, k为输出电路的品质因数&各)。在实际组秤偏载 调试过程中,影响量并不是按平均分配的,主要 是秤台的分力作用形成近处影响大,远处影响小。 往往所压砝码重心位置不同,端头四只传感器与 中部传感器实际所得力值相当不同。受此影响数 字式电子秤在传感器受力不均时,数字角差修正 的精度并不理想。
以上对并联式接线盒的改进建议仅仅是在原 电路基础上的小改进,唯有电路上的创新才能从 根本上解决问题。能替代的数字式接线盒加上数 字仪表固然可行,但存在成本高又太娇气的缺点, 不便普及。
五、新产品介绍
经大量实践验证的“多用途模拟式接线盒” 专利产品,最突出的特点是调整任一角不影响其 他角,基本上是调试一遍再复查一遍即可快速调 平衡器偏载误差;检测元件不仅用于传感器的调 平还能方便检测各传感器的输出值,有了具体数值就可以指导安装和检修;克服了传统模拟式电子秤信号不可辨别以及各传感器间相互影响,造 成的不易调试、故障难查等弊端,使模拟式电子秤技术走向成熟。其维修版可适应传感器灵敏度 超差±20%的角差调试,调任一角对其他角的影响 量甚微。新型接线盒具有调试快捷、指导安装、 方便检修又能稳定称量精度等特点,其成本仅增 加几十元。采用专利新型接线盒的模拟式汽车衡 可与数字式汽车衡相媲美,也是对某些厂家通过 改变传感器灵敏度垄断市场份额的终结。
专利简易型接线盒是利用部分专利技术采取 最简设计制造的。主要特点是解决了调整回路对 输出零点的影响,调整是线性的效果均匀,可直 接测出其值,调整量为6%。相比传统并联式接线 盒其稳定性提升了 2倍?3倍;对温度、湿度的敏 感程度小了一个数量级;调整任一角影响其他角 的总量降低约1.8倍;制造成本对等,是专利新型 接线盒互补的过渡产品。
相信在较短的时间内,专利(简新型接线 盒将以优良的品质、极高的性价比,迅速取代现 有并(串联式接线盒,有着非常好的应用前景。