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    杭州易測計量設備有限公司

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    模擬式電子汽車衡技術分析與故障診斷

    引 言 電子汽車衡 ( 以下簡稱汽車衡 ) 是大型稱重計量器具, 也是目前成熟的一種稱重計量器具,使用范圍廣,并且大 多數用于貿易結算。在使用過程中,由于其秤量大,使用 頻繁,使用環境惡劣等因素,因此會經常出現故障。尤其 是其傳感器在頻繁使用中,會逐漸老化,并且各個傳感器 老化程度不一致,使得傳感器的靈敏度不一致,導致汽車 衡的偏載準確度受到影響。這種情況很多檢修人員都碰到 過,并且都會很自然的認為,調節接線平衡盒就好了。但 如果其中某一傳感器的靈敏度變動過大,調節接線平衡盒 是無法把整個汽車衡的偏載調平衡的,并且還會影響整體 稱量的準確度。本文對常用汽車衡的傳感器以及接線平衡 盒原理進行分析,講解如何通過使用數字萬用表對汽車衡 做出簡單快速準確的診斷。 1 傳感器的分類及電阻應變式傳感器的工作原理 首先稱重傳感器的作用是將力變成電信號。稱重傳感 器的種類分為電阻應變式、電容式和電感式等。本文主要 分析的是汽車衡常用的電阻應變式傳感器。 電阻應變式傳感器是由彈性體、電阻應變片、電橋電 路、補償電路等組成。 電阻應變片結構:在絕緣膠片上用電鍍的方法鍍上一 層合金材料,再用蝕刻的方法按一定的規則刻出電阻網 柵。當將膠片拉長 ( 非常微弱的變化 ) 時,電阻值變大; 縮短時,電阻值變小。 導體的電阻值 R=ρ(L/S) ρ:材料的電阻率 ( 導電率 ) L:材料的長度 S:材料的橫截面積 由此可知,導體的電阻值與其長度 L 成正比 ( 長度越 長,電阻越大 ),與其橫截面積成反比 ( 橫截面積越大, 電阻越小 )。 彈性體:將外力轉換成彈性體物理尺寸的變化。 應變片:將物理尺寸的變化轉成電阻值的變化。 電橋電路:將電阻值的變化轉換成電壓信號的變化。 W 為施加在傳感器上的力,當 W=0 時,4 個電阻應變 片阻值相等,電橋平衡,Uo=0。 W ≠ 0 時,R2、R4 受拉力,電阻變大 R + &R R1、R3 受壓力,電阻變小 R-&R UA=Ui ×(R4 + &R)/(R1 + R4) UB=Ui ×(R3-&R)/(R2 + R3) 因為 4 個電阻應變片阻值相等,得 R1=R2=R3=R4=R, 導出以下算式: Uo=UA-UB=Ui ×&R/R 設:k1=Ui /R 則:Uo=k1×&R。 由上式可知:傳感器的輸出電壓信號與應變片電阻 值的變化量 &R 成正比,而 &R 又與彈性體的變化量成正 比,彈性體的變化量與外力 W 成正比,因此 W=k×&R=k×U0 只要測出 Uo,即可知到外力 W,從而完成力 W 到電 壓 Uo 的轉換。 由電路圖得出結論: a. 傳感器的輸出電阻等于應變片的初始電阻值。 b. 傳感器的輸入電阻一定大于輸出電阻值 ( 一般大 50 ~100Ω)。 c. 傳感器為一純電阻無源器件,可交流或直流供電。 d. 傳感器的輸出極性是依據彈性體的正常受力方向而 標注的,當受力方向反轉時,其輸出極性也自動反轉,傳 感器性能不變。 由前面得知,傳感器的輸出電壓: Uo=Ui ×&R/R其中 Ui=Va-Vb 即:傳感器內部電橋兩端點的電壓。

    當傳感器電纜較長時,導線電阻 R 不能忽略,導線兩端必有電壓降,Uab 2 傳感器的簡單判別
    2.1 輸入 / 輸出端的判別
    (1)電用纜的顏色判別:一般傳感器電纜的顏色都比較規范,定義如下:4線制:紅 ( 供橋 V+),黑 ( 供橋 -),綠 ( 信號 SI+),白 ( 黃 )( 信號 SI-)。6線制:紅 ( 供橋 V+),藍 ( 反饋 F+),黑 ( 供橋 -),黃 ( 反饋 F-),綠 ( 信號 SI+),白 ( 信號 SI-)。(2)用萬用表的 Ω 擋測量:4線制:用萬用表的 2kΩ 擋,測出電阻最大的兩根線為輸入端,另兩根線即為輸出線。6線制:用萬用表的 Ω 擋測出兩組短路的線,這兩組即為輸入端,另兩個引線即為輸出線。
    (3)橋臂阻值測量普通 350Ω:供橋輸入端:400+10Ω,信號輸出端:352+2Ω,輸入到輸出: 290+10Ω。橋式 700Ω:供橋輸入端:750+10Ω,信號輸出端:703+2Ω,輸入到輸出: 560+10Ω。
    (4)輸出極性判別當用 9V 或 15V 的電池給傳感器加供轎電壓時,用萬用表 DC 200mV 擋測量傳感器的輸出信號,正常情況下,當傳感器空載時,其輸出應為 0。當在傳感器的受力方向上加一載荷,輸出應有變化,若儀表顯示為正數,則接紅表筆的引線為信號 +。注:a. 傳感器為一純電阻器件,其輸入 / 輸出的極性是相對而言的,當把輸電壓極性調換時,輸出極性自動調換,傳感器仍可正常工作。
     b. 傳感器輸出極性是相對其正常受力而言的,當受力方向相反時 ( 如壓力變成拉餐力 ),其輸出信號極性也會變反。
    c. 在多傳感器并聯使用時 , 應使各傳感器電纜的顏色標注一致。
    2.2 傳感器 2 個重要指標:靈敏度、量程靈敏度:常規有 2mV/V 3mV/V 早期有 1mV/V 特殊有1.8mV/V量程:意為傳感器滿載時每伏供橋電壓所產生的輸出電壓。
    結 論
    (1)該傳感器的信號輸出范圍為 0mV( 空載 ) ~20mV( 滿載 )。
    (2)供橋電壓減一半,輸出信號減一半。
    (3)無論傳感器規格、量程等不同,只要靈敏度=2mV/V,供橋電壓 =10V, 輸出范圍就是 0 ~20mV 。
    (4)同一臺秤中的傳感器其量程必須相同,靈敏度必須接近。否則秤體無法調平。以常規 100t 3 節秤為例:秤體自重 =9t,配 8 只 30t的傳感器,靈敏度 =2mV/V,供橋電壓 =10V,秤體由 8 只傳感器支撐 , 假設秤體完全墊平 , 中間傳感器的受力是邊上傳感器受力的 2 倍,可以得到式子4×W + 4×2W = 9t,W=9t/12=0.75t??粘訒r : 邊上 4 個傳感器的受力 =0.75t,其輸出=0.75t/30t×2 mV/V×10V=0.5mV,中間 4 個傳感器的受力=0.75×2=1.5t,其輸出 =1.5t/30t×2 mV/V×10V=1.0mV,假設 100t 的貨物均勻分布在秤面上,滿載時各傳感器的
    受力為:4×W + 4×2W=100t+9t ,W=109t/12=9.08t。滿載時 : 邊上 4 個傳感器的受力 =9.08t,其輸出=9.08t/30t×2 mV/V×10V=6.05mV。中間 4 個傳感器的受力 =9.08×2=18.16t ,其輸出 =18.16t/30t×2 mV/V×10V=12.1mV。大或調小。
    結束語
    以上分析是本人在實際檢修工作的一些總結和分析,在實際應用中,已為廣大汽車衡使用客戶提供了高效且優質的檢修服務,產生了良好的社會效益和經濟效益。本文通過對模擬電子汽車衡的傳感器以及接線平衡盒等原理的分析,讓汽車衡計量檢修人員從根本上理解了汽車衡的工作原理,對提高汽車衡計量檢修人員的檢修水平起到一定的指導作用。
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