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新聞資訊

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電子汽車衡用稱重傳感器及顯示儀表的選擇 [2014/9/27]

   一、 傳感器的選擇 一般來說, 多大噸位的秤就應該選擇多大噸位的傳感器。但是在實際應用中, 通常規定靜态時衡器的最大載荷為:
    靜态時衡器的最大載荷=70%× 傳感器的額定載荷×傳感器的個數一、 傳感器的選擇 一般來說, 多大噸位的秤就應該選擇多大噸位的傳感器。但是在實際應用中, 通常規定靜态時衡器的最大載荷為:
    靜态時衡器的最大載荷=70%× 傳感器的額定載荷×傳感器的個數這是由于秤體自重的存在和動态時汽車上秤的振動、 沖擊、 偏載等原因, 使部分傳感器瞬時承受比實際載荷多出10%~40%的重量,有時甚至超出傳感器的額定載荷, 使當次稱量的準确度下降。為了使傳感器在額定載荷内工作, 可以人為規定70%的系數。 規定一個上限,有助于提高秤體的準确性。 表1為允許過衡車輛的軸載。
    軸載指汽車後軸( 含軸組) 總載荷。汽車衡允許過衡軸載與傳感器額定載荷、傳感器支點距離液位計物位計物位變送器液位變送器電容式物位計電容式液位計電容式物位變送器電容式液位變送器物位開關液位開關電容液位計電容物位計液位儀表物位儀表電容液位變送器電容物位變送器射頻電容式液位開關射頻電容式物位開關電容式液位開關電容式物位開關音叉式液位開關等因素有關。
    實際選擇中, 還要考慮傳感器的技術參數, 尤其是靈敏度。
    首先分析一下靈敏度的定義( 現讨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号差( mV) 與激勵電壓( V) 的比值, 單位是mV/V. 其意義在于傳感器和稱重儀表的标準化、 統一化。
    以QS系列稱重傳感器和XK3190-D9儀表為例來說明。
    QS-30T-A,靈敏度為2.0mV/V; D9儀表輸出激勵電壓為8V.
    可以計算, 30t載荷狀态下,傳感器輸出差模信号〔 Ui ( +) -U i ( -) 〕 =2mV/V× 8V=1.6mV, 同樣, 20t、 40t 等傳感器額定載荷下的輸出均為 1.6mV.
    多傳感器使用時, 把所有傳感器的輸出信号并入接線盒中, 由接線盒輸出兩根差模信号線( 俗稱“ 進機線” )到儀表。為确定所選擇的傳感器是否正确, 給出了下面的計算公式。值得注意的是, 進機線的信号是多傳感器信号平均值而非累加值。
    秤體滿載時額定淨輸入信号( 毫伏) UU=S× V× O/C× R式中: S--- 秤體量程, kg; V--- 傳感器激勵電壓, V;O--傳感器靈敏度, mV/V; C-- - 傳感器量程( 額定載荷) , kg; R-- - 使用的傳感器數據,這裡表示并聯電壓回路數量。
    當U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度時, 可判為合格。
    二、 顯示儀表的選擇稱重儀表的内部結構包括:放大電路、 A/D 轉換、單片機以及和單片機相連的控制面闆、顯示部分、 打印部分和串型通訊部分。本文讨論的是其模拟信号及量化部分, 即輸入信号和其中的放大電路、 A/D 部分的關系。
    1.集成運算放大器稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運放( 如OP177、 OP277、 MAX422 等) , 具有高分貝、 低失調、 低溫漂、 高共模抑制比等特點。傳感器輸出的差模信号正極與運放的同相輸入端相連U P , 負極和運放的反相輸入端相連U N , 運放的同相與反相輸入電阻均為R i , 反饋電阻R f ,則減法運算後輸出電壓U o =( R f /R i ) × ( U P - U N ) ,增益A v =R f /R i . 調整反饋電阻使U o 和A/D轉換器的模拟信号電壓等級相匹配。由于儀表中運放采用幾乎固定的增益和A/D模拟輸入信号範圍, 根據上式得出儀表的最大輸入信号範圍U i 為:
    U i =U P - U N =( A/D模拟信号範圍) /( 運放增益)2.模拟- 數字轉換器稱重儀表中多采用 16 位∑- Δ A/D 芯片, 理論上能把采集來的模拟信号( 上面論述的U o ) 作2 16 ( 65536) 等份。 以基準電壓對照, 每一份模拟信号( Δ =1/65536) 對應一個數字量, 這樣就實現了模數轉換的功能。在無其他因素限制時, 可以把A/D的輸出信号看成儀表内碼的變換範圍。
    把運放和A/D放在一起考慮, 不難得出以下結論:
    儀表的A/D可以看成是等分其額定輸入信号範圍的。實際使用中的輸入信号往往很難接近其額定輸入信号, 甚至有的達不到儀表輸入信号範圍的一半, 這樣不利于整個産品的準确度, 也浪費了儀表的資源。 當然,有用信号被等分得越多越好, 這樣可以提高産品的準确度和可調性。
    三、 實例選配現在以SCS-40電子汽車衡為例來說明如何合理選配。
    要求解析: 衡器的最大秤量值為40t, 單節, 4傳感器。
    按要求, 現在傳感器中可以選配的有10t、 15t、 20t.
    1.傳感器選配10t10t× 4=40t理論上可行, 正好完全利用, 但是考慮到秤體自重及汽車的沖力、 超載等因素, 我們不能選用可能超出額定載荷的傳感器。
    2.傳感器選配15t15t× 4=60t>40t60t× 70%=42t>40t( 此處也為臨界狀态, 由于70%為安全使用系數, 此處可以通過) .
    ( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 15000kg× 4) =10mVC3等級分度數為3000則10mV/3000=3.33μ V/d這裡取U=8V3.33μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指标内, 可以選用。
    3.傳感器選配20t20t× 4=80t>40t80t× 70%=56t>40t( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 20000kg× 4) =8mVC3等級分度數為3000則8mV/3000=2.67μ V/d這裡取U=8V2.67μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指标内, 可以選用。
    綜合考慮上述第2節~第3節,第2節中最大淨輸入信号為10mV, 第3節中最大淨輸入信号為8mV, 即第2節中有用信号要多一些。儀表的淨輸入信号範圍和反相輸入模信号均大于第2節~第3節的範圍 ( 一般反相輸入略小于同相輸入的值) .但是第2節對儀表的利用率要比第3節高一些, 即内碼的識别能力要好一些。同理, 應盡量選擇信号範圍接近傳感器信号變化最大值的儀表。
    電子汽車衡用稱重傳感器及顯示儀表的選擇一、 傳感器的選擇 一般來說, 多大噸位的秤就應該選擇多大噸位的傳感器。但是在實際應用中, 通常規定靜态時衡器的最大載荷為:
    靜态時衡器的最大載荷=70%× 傳感器的額定載荷×傳感器的個數一、 傳感器的選擇 一般來說, 多大噸位的秤就應該選擇多大噸位的傳感器。但是在實際應用中, 通常規定靜态時衡器的最大載荷為:
    靜态時衡器的最大載荷=70%× 傳感器的額定載荷×傳感器的個數這是由于秤體自重的存在和動态時汽車上秤的振動、 沖擊、 偏載等原因, 使部分傳感器瞬時承受比實際載荷多出10%~40%的重量,有時甚至超出傳感器的額定載荷, 使當次稱量的準确度下降。為了使傳感器在額定載荷内工作, 可以人為規定70%的系數。 規定一個上限,有助于提高秤體的準确性。 表1為允許過衡車輛的軸載。
    軸載指汽車後軸( 含軸組) 總載荷。汽車衡允許過衡軸載與傳感器額定載荷、傳感器支點距離等因素有關。
    實際選擇中, 還要考慮傳感器的技術參數, 尤其是靈敏度。
    首先分析一下靈敏度的定義( 現讨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号差( mV) 與激勵電壓( V) 的比值, 單位是mV/V. 其意義在于傳感器和稱重儀表的标準化、 統一化。
    以QS系列稱重傳感器和XK3190-D9儀表為例來說明。
    QS-30T-A,靈敏度為2.0mV/V; D9儀表輸出激勵電壓為8V.
    可以計算, 30t載荷狀态下,傳感器輸出差模信号〔 Ui ( +) -U i ( -) 〕 =2mV/V× 8V=1.6mV, 同樣, 20t、 40t 等傳感器額定載荷下的輸出均為 1.6mV.
    多傳感器使用時, 把所有傳感器的輸出信号并入接線盒中, 由接線盒輸出兩根差模信号線( 俗稱“ 進機線” )到儀表。為确定所選擇的傳感器是否正确, 給出了下面的計算公式。值得注意的是, 進機線的信号是多傳感器信号平均值而非累加值。
    秤體滿載時額定淨輸入信号( 毫伏) UU=S× V× O/C× R式中: S--- 秤體量程, kg; V--- 傳感器激勵電壓, V;O--傳感器靈敏度, mV/V; C-- - 傳感器量程( 額定載荷) , kg; R-- - 使用的傳感器數據,這裡表示并聯電壓回路數量。
    當U/儀表分度值>儀表輸入靈敏度時, 可判為合格。
    二、 顯示儀表的選擇稱重儀表的内部結構包括:放大電路、 A/D 轉換、單片機以及和單片機相連的控制面闆、顯示部分、 打印部分和串型通訊部分。本文讨論的是其模拟信号及量化部分, 即輸入信号和其中的放大電路、 A/D 部分的關系。
    1.集成運算放大器稱重儀表采用的放大器均為高精度集成運放( 如OP177、 OP277、 MAX422 等) , 具有高分貝、 低失調、 低溫漂、 高共模抑制比等特點。傳感器輸出的差模信号正極與運放的同相輸入端相連U P , 負極和運放的反相輸入端相連U N , 運放的同相與反相輸入電阻均為R i , 反饋電阻R f ,則減法運算後輸出電壓U o =( R f /R i ) × ( U P - U N ) ,增益A v =R f /R i . 調整反饋電阻使U o 和A/D轉換器的模拟信号電壓等級相匹配。由于儀表中運放采用幾乎固定的增益和A/D模拟輸入信号範圍, 根據上式得出儀表的最大輸入信号範圍U i 為:
    U i =U P - U N =( A/D模拟信号範圍) /( 運放增益)2.模拟- 數字轉換器稱重儀表中多采用 16 位∑- Δ A/D 芯片, 理論上能把采集來的模拟信号( 上面論述的U o ) 作2 16 ( 65536) 等份。 以基準電壓對照, 每一份模拟信号( Δ =1/65536) 對應一個數字量, 這樣就實現了模數轉換的功能。在無其他因素限制時, 可以把A/D的輸出信号看成儀表内碼的變換範圍。
    把運放和A/D放在一起考慮, 不難得出以下結論:
    儀表的A/D可以看成是等分其額定輸入信号範圍的。實際使用中的輸入信号往往很難接近其額定輸入信号, 甚至有的達不到儀表輸入信号範圍的一半, 這樣不利于整個産品的準确度, 也浪費了儀表的資源。 當然,有用信号被等分得越多越好, 這樣可以提高産品的準确度和可調性。
    三、 實例選配現在以SCS-40電子汽車衡為例來說明如何合理選配。
    要求解析: 衡器的最大秤量值為40t, 單節, 4傳感器。
    按要求, 現在傳感器中可以選配的有10t、 15t、 20t.
    1.傳感器選配10t10t× 4=40t理論上可行, 正好完全利用, 但是考慮到秤體自重及汽車的沖力、 超載等因素, 我們不能選用可能超出額定載荷的傳感器。
    2.傳感器選配15t15t× 4=60t>40t60t× 70%=42t>40t( 此處也為臨界狀态, 由于70%為安全使用系數, 此處可以通過) .
    ( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 15000kg× 4) =10mVC3等級分度數為3000則10mV/3000=3.33μ V/d這裡取U=8V3.33μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指标内, 可以選用。
    3.傳感器選配20t20t× 4=80t>40t80t× 70%=56t>40t( 40000kg× 8V× 2mV/V) /( 20000kg× 4) =8mVC3等級分度數為3000則8mV/3000=2.67μ V/d這裡取U=8V2.67μ V/d在現有多數儀表的輸入靈敏度指标内, 可以選用。
    綜合考慮上述第2節~第3節,第2節中最大淨輸入信号為10mV, 第3節中最大淨輸入信号為8mV, 即第2節中有用信号要多一些。儀表的淨輸入信号範圍和反相輸入模信号均大于第2節~第3節的範圍 ( 一般反相輸入略小于同相輸入的值) .但是第2節對儀表的利用率要比第3節高一些, 即内碼的識别能力要好一些。同理, 應盡量選擇信号範圍接近傳感器信号變化最大值的儀表。
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