如今的社会是高效率、讲究经济效益的社会， 无论任何产品都讲究他的经济效益。 对于工业企业来说，如何降低生产成本、 提高产品利润是相当重要的。

电子汽车衡以其使用方便、 高准确性、 公正化、电子化等特点迅速取代了老式机械秤市场。相应的对于衡器生产企业及产品设计者来说， 如何根据用户需要， 合理配置， 形成最优性价比， 是相当重要的。下面， 以电子汽车衡为例来具体阐述。

电子汽车衡的重要部分是称重传感器及显示仪表， 这里我们就讨论如何正确选择传感器和仪表。

1传感器的选择

一般看来， 多大吨位的秤就应该选择多大吨位的传感器。但是， 在实际应用中， 我们规定静态时衡器的最大载荷为：

静态时衡器的最大载荷=70%×传感器的额定载荷×传感器的个数

这是由于秤体自重的存在和动态时汽车上秤时的振动、 冲击、 偏载等原因， 使部分传感器瞬时承受比实际载荷多出 10%~40%的重量， 有时甚至超出传感器的额定载荷， 使当次称量的准确性下降。 为了使传感器工作在额定载荷内， 我们可以人为规定70%的系数。规定这样的上限，有助于提高秤体的准确性。下表为允许过衡车辆的轴载。

轴载系指汽车后轴 （含轴组） 总载荷。汽车衡允许过衡轴载与传感器额定载荷、传感器支点距离等因素有关。

实际选择中，我们还要考虑到传感器的技术参数， 尤其是灵敏度。

首先， 我们分析一下灵敏度的定义 （我们讨论同一灵敏度的传感器， 以2mv/v为例） ， 额定载荷下， 传感器的最大输出信号 （mv） 与激励电压 （v）的比值，单位是 “mv/v” 。其意义在于传感器和称重仪表的标准化、 统一化。

以QS 系列称重传感器和 XK3190-D9 仪表为例来说明。

QS-30T-A, 灵敏度为 2.0mv/v

D9 仪表输出激励电压为8V

可以计算，30T载荷状态下， 传感器输出差模信号[Ui(＋)－Ui(－)]=2mv/v×8v=1.6mv,同样，20T、40T等传感器载额定载荷下的输出均为1.6mv。

多传感器使用时， 我们把所有传感器的输出信号并入接线盒中， 由接线盒输出两根差模信号线 （我们称进机线） 到仪表。为确定所选择的传感器是否正确， 我们给出了下面的计算公式。值得注意的是，进机线的信号是多传感器信号平均值而非累加值。

秤体满载时额定净输入信号 （毫伏）

U=S×V×O/C×R

其中： S—为秤体量程， 单位为Kg

V—为传感器激励电压， 单位为v

O—为传感器灵敏度， 单位为 mv/v

C—为传感器量程 （额定载荷） ， 单位为 Kg

R—为使用的传感器数量这里表示并联电压回路数量

当 U/仪表分度值>仪表输入灵敏度为合格。

2称重仪表的选择

对于称重仪表的内部结构， 大家都很清楚， 放大电路、A/D 转换、 单片机以及和单片机相连的控制面板、 显示部分、 打印部分和串型通讯部分。我们要讨论的是其模拟信号及量化部分， 即输入信号和其中的放大电路、A/D部分的关系。

①集成运算放大器

称重仪表采用的放大器均为高精度集成运放，如OP177、OP277、MAX422等，具有高分贝，低失调， 低温漂， 高共模抑制比等特点。传感器输出的差模信号正极与运放的同相输入端相连U_p， 负极和运放的反相输入端相连U_N， 运放的同相与反相输入电阻均为 Ri， 反馈电阻为Rf， 则减法运算后输出电压U₀=(Rf/Ri) ×( U_p－U_N)增益Av=Rf/Ri。调整反馈电阻使U₀ 和 A/D 转换器的模拟信号电压等级相匹配。由于仪表中运放采用几乎固定的增益和A/D. 模拟输入信号范围， 根据上式得出仪表的最大输入信号范围Ui 为：

Ui= U_p－U_N =(A/D模拟信号范围)/(运放增益)

②模拟-数字转换器

称重仪表中多采用 16位∑－△A/D芯片，理论上能把采集来的模拟信号（上面论述的Uo）做 2¹⁶（65536）等份。以基准电压对照，每一份模拟信号（△=1/65536） 对应一个数字量。 这样就实现了模数转换的功能。在无其他因素限制时，我们可以把 A/D的输出信号看成仪表内码的变换范围。

把运放和 A/D 放在一起考虑， 不难得出下面结论： 仪表的A/D可以看成是等分其额定输入信号范围的。实际使用中的输入信号往往很难接近其额定输入信号， 有的达不到仪表输入信号范围的一半， 这样不利于整个产品的精度也浪费了仪表的资源。当然， 我们还是希望有用信号被等分的越多越好， 这样可以提高产品的准确度和可调性。

3实例选配

现在以SCS-40 电子汽车衡为例来说明如何合理选配。

要求解析： 衡器的最大称量值为 40吨， 单节， 四传感器。

按要求， 现有传感器中可以选配的有10T、15T、20T。

①     10T

10T×4=40T

理论上可行， 正好完全利用， 但是考虑到秤体自重、 汽车的冲力、 超载等因素， 我们不能选用可能超出额定载荷的传感器。

② 15T

15T×4=60T>40T

60T×70%=42T>40T（此处也为临界状态， 由于70%为安全使用系数， 此处可以通过）

(40000kg×8v×2mv/v)/(15000kg×4)=10mv

C3 等级分度数为 3000

则 10mv/3000=3.33uv/d

这里取V=8v

3.33uv/d在现有多数仪表的输入灵敏度指标内， 可以选用

③ 20T

20T×4=80T>40T

80T×70%=56T>40T

(40000kg×8v×2mv/v)/(20000kg×4)=8mv

C3等级分度数为 3000

则8mv/3000=2.67uv/d

这里取 V=8v

2.67uv/d在现有多数仪表的输入灵敏度指标内， 可以选用综合考虑②~③,②中最大净输入信号为 10mv，③中最大净输入信号为8mv， 即②中有用信号要多一些。仪表的净输入信号范围和反相输入差模信号均大于②~③的范围（一般反相输入略小于同相输入的值） 。但是②对仪表的利用率要比③高一些， 即内码的识别能力要好一些。同样的道理，我们也尽量选择信号范围接近传感器信号变化最大值的仪表。

根据上面分析， 我们选用 15T 传感器。当然， 如果暂时没有15T的传感器，20T 的也可以， 请不要选择额定载荷更大的传感器 （比如 30T、 40T） ， 会减少可调性和仪表的准确度，给自己配合检秤工作带来不必要的麻烦。

在通常情况下，衡器的配置由提出的任务来确定， 称重技术的可行性将影响到最终设计方案。 对于传感器和仪表的技术性探讨我们还在继续。更深入的理解，对于我们如何选配一台高质量的衡器有很大帮助。

 

（作者：郭子涛，葛 华

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收 稿 日 期：2005-04-27)

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