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0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2020-01-07 15:20:14 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
如今的社會(huì)是高效率、講究經(jīng)濟(jì)效益的社會(huì), 無(wú)論任何產(chǎn)品都講究他的經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō),如何降低生產(chǎn)成本、 提高產(chǎn)品利潤(rùn)是相當(dāng)重要的。
電子汽車衡以其使用方便、 高準(zhǔn)確性、 公正化、電子化等特點(diǎn)迅速取代了老式機(jī)械秤市場(chǎng)。相應(yīng)的對(duì)于衡器生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō), 如何根據(jù)用戶需要, 合理配置, 形成最優(yōu)性價(jià)比, 是相當(dāng)重要的。下面, 以電子汽車衡為例來(lái)具體闡述。
電子汽車衡的重要部分是稱重傳感器及顯示儀表, 這里我們就討論如何正確選擇傳感器和儀表。
1傳感器的選擇
一般看來(lái), 多大噸位的秤就應(yīng)該選擇多大噸位的傳感器。但是, 在實(shí)際應(yīng)用中, 我們規(guī)定靜態(tài)時(shí)衡器的最大載荷為:
靜態(tài)時(shí)衡器的最大載荷=70%×傳感器的額定載荷×傳感器的個(gè)數(shù)
這是由于秤體自重的存在和動(dòng)態(tài)時(shí)汽車上秤時(shí)的振動(dòng)、 沖擊、 偏載等原因, 使部分傳感器瞬時(shí)承受比實(shí)際載荷多出 10%~40%的重量, 有時(shí)甚至超出傳感器的額定載荷, 使當(dāng)次稱量的準(zhǔn)確性下降。 為了使傳感器工作在額定載荷內(nèi), 我們可以人為規(guī)定70%的系數(shù)。規(guī)定這樣的上限,有助于提高秤體的準(zhǔn)確性。下表為允許過(guò)衡車輛的軸載。
軸載系指汽車后軸 (含軸組) 總載荷。汽車衡允許過(guò)衡軸載與傳感器額定載荷、傳感器支點(diǎn)距離等因素有關(guān)。
實(shí)際選擇中,我們還要考慮到傳感器的技術(shù)參數(shù), 尤其是靈敏度。
首先, 我們分析一下靈敏度的定義 (我們討論同一靈敏度的傳感器, 以2mv/v為例) , 額定載荷下, 傳感器的最大輸出信號(hào) (mv) 與激勵(lì)電壓 (v)的比值,單位是 “mv/v” 。其意義在于傳感器和稱重儀表的標(biāo)準(zhǔn)化、 統(tǒng)一化。
以QS 系列稱重傳感器和 XK3190-D9 儀表為例來(lái)說(shuō)明。
QS-30T-A, 靈敏度為 2.0mv/v
D9 儀表輸出激勵(lì)電壓為8V
可以計(jì)算,30T載荷狀態(tài)下, 傳感器輸出差模信號(hào)[Ui(+)-Ui(-)]=2mv/v×8v=1.6mv,同樣,20T、40T等傳感器載額定載荷下的輸出均為1.6mv。
多傳感器使用時(shí), 我們把所有傳感器的輸出信號(hào)并入接線盒中, 由接線盒輸出兩根差模信號(hào)線 (我們稱進(jìn)機(jī)線) 到儀表。為確定所選擇的傳感器是否正確, 我們給出了下面的計(jì)算公式。值得注意的是,進(jìn)機(jī)線的信號(hào)是多傳感器信號(hào)平均值而非累加值。
秤體滿載時(shí)額定凈輸入信號(hào) (毫伏)
U=S×V×O/C×R
其中: S—為秤體量程, 單位為Kg
V—為傳感器激勵(lì)電壓, 單位為v
O—為傳感器靈敏度, 單位為 mv/v
C—為傳感器量程 (額定載荷) , 單位為 Kg
R—為使用的傳感器數(shù)量這里表示并聯(lián)電壓回路數(shù)量
當(dāng) U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度為合格。
2稱重儀表的選擇
對(duì)于稱重儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 大家都很清楚, 放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換、 單片機(jī)以及和單片機(jī)相連的控制面板、 顯示部分、 打印部分和串型通訊部分。我們要討論的是其模擬信號(hào)及量化部分, 即輸入信號(hào)和其中的放大電路、A/D部分的關(guān)系。
①集成運(yùn)算放大器
稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運(yùn)放,如OP177、OP277、MAX422等,具有高分貝,低失調(diào), 低溫漂, 高共模抑制比等特點(diǎn)。傳感器輸出的差模信號(hào)正極與運(yùn)放的同相輸入端相連Up, 負(fù)極和運(yùn)放的反相輸入端相連UN, 運(yùn)放的同相與反相輸入電阻均為 Ri, 反饋電阻為Rf, 則減法運(yùn)算后輸出電壓U0=(Rf/Ri) ×( Up-UN)增益Av=Rf/Ri。調(diào)整反饋電阻使U0 和 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)電壓等級(jí)相匹配。由于儀表中運(yùn)放采用幾乎固定的增益和A/D. 模擬輸入信號(hào)范圍, 根據(jù)上式得出儀表的最大輸入信號(hào)范圍Ui 為:
Ui= Up-UN =(A/D模擬信號(hào)范圍)/(運(yùn)放增益)
②模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器
稱重儀表中多采用 16位∑-△A/D芯片,理論上能把采集來(lái)的模擬信號(hào)(上面論述的Uo)做 216(65536)等份。以基準(zhǔn)電壓對(duì)照,每一份模擬信號(hào)(△=1/65536) 對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字量。 這樣就實(shí)現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能。在無(wú)其他因素限制時(shí),我們可以把 A/D的輸出信號(hào)看成儀表內(nèi)碼的變換范圍。
把運(yùn)放和 A/D 放在一起考慮, 不難得出下面結(jié)論: 儀表的A/D可以看成是等分其額定輸入信號(hào)范圍的。實(shí)際使用中的輸入信號(hào)往往很難接近其額定輸入信號(hào), 有的達(dá)不到儀表輸入信號(hào)范圍的一半, 這樣不利于整個(gè)產(chǎn)品的精度也浪費(fèi)了儀表的資源。當(dāng)然, 我們還是希望有用信號(hào)被等分的越多越好, 這樣可以提高產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和可調(diào)性。
3實(shí)例選配
現(xiàn)在以SCS-40 電子汽車衡為例來(lái)說(shuō)明如何合理選配。
要求解析: 衡器的最大稱量值為 40噸, 單節(jié), 四傳感器。
按要求, 現(xiàn)有傳感器中可以選配的有10T、15T、20T。
① 10T
10T×4=40T
理論上可行, 正好完全利用, 但是考慮到秤體自重、 汽車的沖力、 超載等因素, 我們不能選用可能超出額定載荷的傳感器。
② 15T
15T×4=60T>40T
60T×70%=42T>40T(此處也為臨界狀態(tài), 由于70%為安全使用系數(shù), 此處可以通過(guò))
(40000kg×8v×2mv/v)/(15000kg×4)=10mv
C3 等級(jí)分度數(shù)為 3000
則 10mv/3000=3.33uv/d
這里取V=8v
3.33uv/d在現(xiàn)有多數(shù)儀表的輸入靈敏度指標(biāo)內(nèi), 可以選用
③ 20T
20T×4=80T>40T
80T×70%=56T>40T
(40000kg×8v×2mv/v)/(20000kg×4)=8mv
C3等級(jí)分度數(shù)為 3000
則8mv/3000=2.67uv/d
這里取 V=8v
2.67uv/d在現(xiàn)有多數(shù)儀表的輸入靈敏度指標(biāo)內(nèi), 可以選用綜合考慮②~③,②中最大凈輸入信號(hào)為 10mv,③中最大凈輸入信號(hào)為8mv, 即②中有用信號(hào)要多一些。儀表的凈輸入信號(hào)范圍和反相輸入差模信號(hào)均大于②~③的范圍(一般反相輸入略小于同相輸入的值) 。但是②對(duì)儀表的利用率要比③高一些, 即內(nèi)碼的識(shí)別能力要好一些。同樣的道理,我們也盡量選擇信號(hào)范圍接近傳感器信號(hào)變化最大值的儀表。
根據(jù)上面分析, 我們選用 15T 傳感器。當(dāng)然, 如果暫時(shí)沒(méi)有15T的傳感器,20T 的也可以, 請(qǐng)不要選擇額定載荷更大的傳感器 (比如 30T、 40T) , 會(huì)減少可調(diào)性和儀表的準(zhǔn)確度,給自己配合檢秤工作帶來(lái)不必要的麻煩。
在通常情況下,衡器的配置由提出的任務(wù)來(lái)確定, 稱重技術(shù)的可行性將影響到最終設(shè)計(jì)方案。 對(duì)于傳感器和儀表的技術(shù)性探討我們還在繼續(xù)。更深入的理解,對(duì)于我們?nèi)绾芜x配一臺(tái)高質(zhì)量的衡器有很大幫助。
(作者:郭子濤,葛 華
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