本文叙述接线盒连接起各个传感器,然后输出给称重仪表。除了信号可以有 累加功能外,接线盒的另一个重要作用是让人对秤的角差进行调整。目前称重行业一共有三 种主流的角差调整方式,各有利弊,对传感器的性能要求也不一样。
1.引言
对于大容量电子秤来说,典型的结构是将称 重传感器简称“传感器”下同安装在秤台的除了信号累加功能外,接线盒的另一个重要 作用是让人对秤的角差进行调整。目前称重行业 一共有三种主流的角差调整方式,各有利弊,对 传感器的性能要求也不一样。
2.多模拟传感器连接模型
假设总载荷为W,各个传感器上载荷的分配 系数分别为k1, k;2, k3和kt,显然,
这表明满足式Q时,整秤的输出与各个载 荷的分配系数无关,也意味着与载荷在秤台上放 置的位置无关。
反过来讲,上面过程也证明:只要无角差, 也就满足与加载位置无关的条件。所以,标秤前 都必须先调角差,就是为了满足这个条件。
S/R是传感器额定输出与输出阻抗之
比,单位为mv/v/Q。或者理解为传感器在额定载 荷时的短路输出电流值。只要该参数相等,就能 保证整秤输出与载荷位置无关。因此,该参数也 被称为电流校准值,英文名称为“ Current calibration”。是传感器重要的标准化参数之一。
调角差是标秤的重要步骤,如果角差不好, 加载位置不同则称量结果不同,秤的重复性就不好。标秤时,加载砝码前的载荷分布与卸载砝码 后的载荷分布肯定会有所不同,因而,角差不好 又会影响到滞后性能以及线性。
4.角差调整原理及其特点
调整角差的目的就是要将各个传感器的电流校准值调为相等,因此,有两种调整途径:调满量程输出电压S,或者调输出阻抗R。由于此时 已经不能调传感器内部的参数,所以,只能通过 外接元件来调整,这些外接的元件集中在接线盒 中。具体类型和方法如下:
(1)调输出阻抗法:在每个传感器的输出端串 入电位器,调整每个传感器的输出阻抗。
(2)在每个传感器的输入端串入电阻,减小传 感器的桥路电压,减小满量程输出电压。
(3)在每个传感器的输出端并联电位器,调整 传感器的输出电压幅值。
4.1输入端串入电位器法 输入端串入电阻rm引起的S相对变化可用下 式计算:
为了保证输入阻抗的对称性,需要在正负激 励端各串入一个电位器。并且必须严格保证这两 个电位器的调整值一致,否则会造成各个传感器 的共模输出电压不同,造成整秤的零点奇异。
另外,该方法对传感器的输出对称性要求也 很高。因此,这种方法应用很少。
4.2输出端并联电位器法 在每个传感器的输出端并联了一个电位器 興型值为200k ,为了防止电位器调到0对传感 器产生影响,在电位器上串联了一个100k的固定 电阻。在每个传感器的两条输出线上都串联了一 个2.5k的固定电阻,称为隔离电阻。经过隔离电 阻的各个传感器的输出并联后接到仪表。如图2所示。
隔离电阻的作用是为了减少调整一个传感器 的电位器时对其他传感器的输出影响。
这种方式的最大优点是调整角差时各个传感 器之间影响小,一般不会出现调整一个角,另外 三个角出现剧烈的“跷跷板效应”变化,不需要 反复多次就能很快调好角差。这一点对于大型衡 器的角差调整非常重要,因为,大质量的砝码反 复装卸是非常困难和耗时的。
另一个优点是,这种接线盒对传感器的输出 阻抗对称性要求不高,这是因为隔离电阻远大于 输出阻抗,即使原来传感器的输出阻抗不对称, 串联隔离电阻后,其对称性也变得相当好,不会 产生整秤的异常零点和上电温度漂移现象。
但是,其缺点是:
(1)由于是并联电位器,所以调整具有非线性 的特点,例如,开始时旋动电位器一圈能调整1 吨,而调整几圈后,旋转一圈只能调整100kg。
(2)电位器的温度系数往往较大,会引起整秤 额外的温度称量误差。
(3)由于隔离电阻较大,造成传感器与仪表之 间的阻抗大,其抗干扰性能降低,EMC指标往往 难以过关。
4.3调输出阻抗式法
采用这种方法的接线盒原理如图3所示,在 每个传感器的两根输出线上都串入一个可调电位 器,用来调整传感器的输出阻抗。在调整时,应 保证两个电位器的值想同,使得两根输出线上的 输出阻抗对称。
在实际的接线盒产品中,在每个电位器旁并 联了一个固定电阻,这个固定电阻的温度系数与 电位器的相反,起到温度补偿作用。另一方面, 也起到改变电位器阻值调整范围的作用。
角差的调整灵敏度由下式计算:
如果传感器的输出阻抗为350Q, 140可产 生土 20000ppm的调整范围。足以弥补S的误差范 围。通常S的误差为± 1000ppm。
这种接线盒的优点在于,由于电位器是串联 在传感器输出端的,因此,调整的线性度好,不 会出现转动同样的圈数,不同位置调整的结果差 距巨大的现象。
另一个优点是整秤的EMC性能较好。
但是,这种调整法对传感器的输入和输出阻 抗对称性要求很高,对称性不好会产生奇异的零 点,即各个传感器的零点都很小,但接到接线盒 后零点很大,甚至超出仪表输入范围。对称性不 好还会造成上电温度漂移。
另一个特点是,由于各个传感器之间没有隔 离,一个传感器调角差时,其它传感器的输出会 受到影响,即所谓“跷跷板效应”调整起来比较 困难。
5.结束语
本文总结了多传感器秤的角差调整原理,以 及三种调角差方法。希望对于各位读者理解其各 自的工作原理和特点有所帮助。
采用哪种调角差方式,与企业的产品传统有 关,与秤产品的精度有关,也与所采用的传感器 特性有关,需要统筹考虑。