模拟式地磅技术分析与故障诊断
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人气:发表时间:2018-06-30 15:00
通过对常用模拟式电子汽车衡的模拟型传感器(下文如未标明为数字传感器,模拟型传感器均简称为传感器)以及接 线平衡盒原理的分析,利用数字万用表对电子汽车衡的传感器以及平衡接线盒进行测量,依据本文的推理,快速判定传感器的 老化程度以及可用性,并且可以快速调节平衡接线盒使得电子汽车衡各偏载平衡,提高了检修人员对电子汽车衡的诊断效率。
引言
电子汽车衡(以下简称汽车衡)是大型称重计量器具, 也是目前成熟的一种称重计量器具,使用范围广,并且大 多数用于贸易结算。在使用过程中,由于其秤量大,使用 频繁,使用环境恶劣等因素,因此会经常出现故障。尤其 是其传感器在频繁使用中,会逐渐老化,并且各个传感器 老化程度不一致,使得传感器的灵敏度不一致,导致汽车 衡的偏载准确度受到影响。这种情况很多检修人员都碰到 过,并且都会很自然的认为,调节接线平衡盒就好了。但 如果其中某一传感器的灵敏度变动过大,调节接线平衡盒 是无法把整个汽车衡的偏载调平衡的,并且还会影响整体 称量的准确度。本文对常用汽车衡的传感器以及接线平衡 盒原理进行分析,讲解如何通过使用数字万用表对汽车衡 做出简单快速准确的诊断。
1.传感器的分类及电阻应变式传感器的工作原理
首先称重传感器的作用是将力变成电信号。称重传感 器的种类分为电阻应变式、电容式和电感式等。本文主要 分析的是汽车衡常用的电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是由弹性体、电阻应变片、电桥电 路、补偿电路等组成。
电阻应变片结构:在绝缘胶片上用电镀的方法镀上一 层合金材料,再用蚀刻的方法按一定的规则刻出电阻网 栅。当将胶片拉长(非常微弱的变化)时,电阻值变大; 缩短时,电阻值变小。
导体的电阻值R=p(L/S)
P:材料的电阻率(导电率) h材料的长度 S:材料的横截面积
由此可知,导体的电阻值与其长度L成正比(长度越
长,电阻越大),与其横截面积成反比(横截面积越大, 电阻越小)。
弹性体:将外力转换成弹性体物理尺寸的变化。
应变片:将物理尺寸的变化转成电阻值的变化。
电桥电路:将电阻值的变化转换成电压信号的变化。
W为施加在传感器上的力,当时,4个电阻应变 片阻值相等,电桥平衡,Uo=0。
W # 0时,R2、R4受拉力,电阻变大R + &R
R,、A受压力,电阻变小R-&R
UA=Ui X(R4 + &R)/(R1 + R4)
UB = Ui X(R3-&R)/(R2 + R3)
因为4个电阻应变片阻值相等,得R,=R2=&=R4=R, 导出以下算式:
U0=Ua-Ub=U^&R/R
设:ki=U-/R
则:Uo=k,&R。
由上式可知:传感器的输出电压信号与应变片电阻 值的变化量&R成正比,而&R又与弹性体的变化量成正 比,弹性体的变化量与外力W成正比,因此 W=k^&R=k^U0
只要测出U。,即可知到外力#,从而完成力W到电 压U。的转换。
由电路图得出结论:
传感器的输出电阻等于应变片的初始电阻值。
传感器的输人电阻一定大于输出电阻值(一般大 50 ~ioon)。
传感器为一纯电阻无源器件,可交流或直流供电。
传感器的输出极性是依据弹性体的正常受力方向而 标注的,当受力方向反转时,其输出极性也自动反转,传 感器性能不变。
由前面得知,传感器的输出电压:
U=U,&R/R
其中t^a-G即:传感器内部电桥两端点的电压。 当传感器电缆较长时,导线电阻R不能忽略,导线两 端必有电压降,Uab<Uc!使传感器输出U。变小’带来误差。
因导线电阻R ^ 0,电阻上的电压降Vr=RxIr, Ir为 流过电阻R的电流。
只要人#0,Vr^ 0,误差不可避免。
若在仪表中加一个高输人阻抗的桥压检测电路,直接 测量传感器供桥端的电压,并将其作为仪表内A/D转换器 的基准电压,再利用比例测量的原理,即可将传感器导线 电阻的影响抵消掉。
因为桥压检测电路的输人阻抗很高,所以如果R=0, 桥压反馈线上无压降’ V^Kb。
结论:a.导线过长时,必须用6线制接法。 b.桥压线和反馈线须在传感器端短接’不能仪表侧短接。
2.传感器的简单判别
2.1输入/输出端的判别
(1)电用缆的颜色判别:一般传感器电缆的颜色都比 较规范,定义如下:
4线制:红(供桥K+),黑(供桥-),绿(信号》+), 白(黄)(信号SI-)。
6线制:红(供桥V+),蓝(反馈F+),黑(供桥-), 黄(反馈F-),绿(信号SI+),白(信号SI-)。
(2)用万用表的O挡测量:
4线制:用万用表的2kO挡,测出电阻最大的两根 线为输人端,另两根线即为输出线。
6线制:用万用表的O挡测出两组短路的线,这两 组即为输人端,另两个引线即为输出线。
(3)桥臂阻值测量
普通3500:供桥输人端:400+100,信号输出端: 352+20,输人到输出:290+100。
桥式7000:供桥输人端:750+100,信号输出端: 703+20,输人到输出:560+100。
(4)输出极性判别
当用9V或15V的电池给传感器加供轿电压时,用万 用表DC 200mV挡测量传感器的输出信号,正常情况下, 当传感器空载时,其输出应为0。当在传感器的受力方向 上加一载荷,输出应有变化,若仪表显示为正数,则接红 表笔的引线为信号+。
注:a.传感器为一纯电阻器件,其输人/输出的极性 是相对而言的,当把输电压极性调换时,输出极性自动调 换,传感器仍可正常工作。
传感器输出极性是相对其正常受力而言的,当受力 方向相反时(如压力变成拉餐力),其输出信号极性也会 变反。
在多传感器并联使用时,应使各传感器电缆的颜色 标注一致。
2.2传感器2个重要指标:灵敏度、量程
灵敏度:常规有2mV/V 3mV/V早期有1mV/V特殊有
1.8mV/V
量程:意为传感器满载时每伏供桥电压所产生的输出 电压。
结论
(1)该传感器的信号输出范围为0mV(空载)〜 20mV( 满载 )。
(2)供桥电压减一半,输出信号减一半。
(3)无论传感器规格、量程等不同,只要灵敏度 =2mV/V,供桥电压=10V,输出范围就是0 ~20mV。
(4)同一台秤中的传感器其量程必须相同,灵敏度必 须接近。否则秤体无法调平。
以常规100t 3节秤为例:秤体自重=9t,配8只30t 的传感器,灵敏度=2mV/V,供桥电压=10V,秤体由8只 传感器支撑,假设秤体完全垫平,中间传感器的受力是边 上传感
器受力的2倍,可以得到式子:4x# + 4x2^ = 9t, W=9t/12=0.75t。
空秤时:边上4个传感器的受力=0.75t,其输出 =0.75t/30t x2 mV/Vx10V=0.5mV,中间 4 个传感器的受力 =0.75x2=1.5t,其输出=1.5t/30tx2 mV/Vx10V=1.0mV, 假设100t的货物均匀分布在秤面上,满载时各传感器的 受力为:4xW + 4x2W=100t+9t ’ W=109t/12=9.08t。
满载时:边上4个传感器的受力=9.08t,其输出 =9.08t/30tx2 mV/Vx10V=6.05mV。中间 4 个传感器 的受力=9.08x2=18.16t ’ 其输出=18.16t/30tx2 mV/ Vx10V=12.1mVc 大或调小。
结束语
以上分析是本人在实际检修工作的一些总结和分析, 在实际应用中,已为广大汽车衡使用客户提供了高效且优 质的检修服务,产生了良好的社会效益和经济效益。本文 通过对模拟电子汽车衡的传感器以及接线平衡盒等原理的 分析,让汽车衡计量检修人员从根本上理解了汽车衡的工 作原理,对提高汽车衡计量检修人员的检修水平起到一定 的指导作用。
引言
电子汽车衡(以下简称汽车衡)是大型称重计量器具, 也是目前成熟的一种称重计量器具,使用范围广,并且大 多数用于贸易结算。在使用过程中,由于其秤量大,使用 频繁,使用环境恶劣等因素,因此会经常出现故障。尤其 是其传感器在频繁使用中,会逐渐老化,并且各个传感器 老化程度不一致,使得传感器的灵敏度不一致,导致汽车 衡的偏载准确度受到影响。这种情况很多检修人员都碰到 过,并且都会很自然的认为,调节接线平衡盒就好了。但 如果其中某一传感器的灵敏度变动过大,调节接线平衡盒 是无法把整个汽车衡的偏载调平衡的,并且还会影响整体 称量的准确度。本文对常用汽车衡的传感器以及接线平衡 盒原理进行分析,讲解如何通过使用数字万用表对汽车衡 做出简单快速准确的诊断。
1.传感器的分类及电阻应变式传感器的工作原理
首先称重传感器的作用是将力变成电信号。称重传感 器的种类分为电阻应变式、电容式和电感式等。本文主要 分析的是汽车衡常用的电阻应变式传感器。
电阻应变式传感器是由弹性体、电阻应变片、电桥电 路、补偿电路等组成。
电阻应变片结构:在绝缘胶片上用电镀的方法镀上一 层合金材料,再用蚀刻的方法按一定的规则刻出电阻网 栅。当将胶片拉长(非常微弱的变化)时,电阻值变大; 缩短时,电阻值变小。
导体的电阻值R=p(L/S)
P:材料的电阻率(导电率) h材料的长度 S:材料的横截面积
由此可知,导体的电阻值与其长度L成正比(长度越
长,电阻越大),与其横截面积成反比(横截面积越大, 电阻越小)。
弹性体:将外力转换成弹性体物理尺寸的变化。
应变片:将物理尺寸的变化转成电阻值的变化。
电桥电路:将电阻值的变化转换成电压信号的变化。
W为施加在传感器上的力,当时,4个电阻应变 片阻值相等,电桥平衡,Uo=0。
W # 0时,R2、R4受拉力,电阻变大R + &R
R,、A受压力,电阻变小R-&R
UA=Ui X(R4 + &R)/(R1 + R4)
UB = Ui X(R3-&R)/(R2 + R3)
因为4个电阻应变片阻值相等,得R,=R2=&=R4=R, 导出以下算式:
U0=Ua-Ub=U^&R/R
设:ki=U-/R
则:Uo=k,&R。
由上式可知:传感器的输出电压信号与应变片电阻 值的变化量&R成正比,而&R又与弹性体的变化量成正 比,弹性体的变化量与外力W成正比,因此 W=k^&R=k^U0
只要测出U。,即可知到外力#,从而完成力W到电 压U。的转换。
由电路图得出结论:
传感器的输出电阻等于应变片的初始电阻值。
传感器的输人电阻一定大于输出电阻值(一般大 50 ~ioon)。
传感器为一纯电阻无源器件,可交流或直流供电。
传感器的输出极性是依据弹性体的正常受力方向而 标注的,当受力方向反转时,其输出极性也自动反转,传 感器性能不变。
由前面得知,传感器的输出电压:
U=U,&R/R
其中t^a-G即:传感器内部电桥两端点的电压。 当传感器电缆较长时,导线电阻R不能忽略,导线两 端必有电压降,Uab<Uc!使传感器输出U。变小’带来误差。
因导线电阻R ^ 0,电阻上的电压降Vr=RxIr, Ir为 流过电阻R的电流。
只要人#0,Vr^ 0,误差不可避免。
若在仪表中加一个高输人阻抗的桥压检测电路,直接 测量传感器供桥端的电压,并将其作为仪表内A/D转换器 的基准电压,再利用比例测量的原理,即可将传感器导线 电阻的影响抵消掉。
因为桥压检测电路的输人阻抗很高,所以如果R=0, 桥压反馈线上无压降’ V^Kb。
结论:a.导线过长时,必须用6线制接法。 b.桥压线和反馈线须在传感器端短接’不能仪表侧短接。
2.传感器的简单判别
2.1输入/输出端的判别
(1)电用缆的颜色判别:一般传感器电缆的颜色都比 较规范,定义如下:
4线制:红(供桥K+),黑(供桥-),绿(信号》+), 白(黄)(信号SI-)。
6线制:红(供桥V+),蓝(反馈F+),黑(供桥-), 黄(反馈F-),绿(信号SI+),白(信号SI-)。
(2)用万用表的O挡测量:
4线制:用万用表的2kO挡,测出电阻最大的两根 线为输人端,另两根线即为输出线。
6线制:用万用表的O挡测出两组短路的线,这两 组即为输人端,另两个引线即为输出线。
(3)桥臂阻值测量
普通3500:供桥输人端:400+100,信号输出端: 352+20,输人到输出:290+100。
桥式7000:供桥输人端:750+100,信号输出端: 703+20,输人到输出:560+100。
(4)输出极性判别
当用9V或15V的电池给传感器加供轿电压时,用万 用表DC 200mV挡测量传感器的输出信号,正常情况下, 当传感器空载时,其输出应为0。当在传感器的受力方向 上加一载荷,输出应有变化,若仪表显示为正数,则接红 表笔的引线为信号+。
注:a.传感器为一纯电阻器件,其输人/输出的极性 是相对而言的,当把输电压极性调换时,输出极性自动调 换,传感器仍可正常工作。
传感器输出极性是相对其正常受力而言的,当受力 方向相反时(如压力变成拉餐力),其输出信号极性也会 变反。
在多传感器并联使用时,应使各传感器电缆的颜色 标注一致。
2.2传感器2个重要指标:灵敏度、量程
灵敏度:常规有2mV/V 3mV/V早期有1mV/V特殊有
1.8mV/V
量程:意为传感器满载时每伏供桥电压所产生的输出 电压。
结论
(1)该传感器的信号输出范围为0mV(空载)〜 20mV( 满载 )。
(2)供桥电压减一半,输出信号减一半。
(3)无论传感器规格、量程等不同,只要灵敏度 =2mV/V,供桥电压=10V,输出范围就是0 ~20mV。
(4)同一台秤中的传感器其量程必须相同,灵敏度必 须接近。否则秤体无法调平。
以常规100t 3节秤为例:秤体自重=9t,配8只30t 的传感器,灵敏度=2mV/V,供桥电压=10V,秤体由8只 传感器支撑,假设秤体完全垫平,中间传感器的受力是边 上传感
器受力的2倍,可以得到式子:4x# + 4x2^ = 9t, W=9t/12=0.75t。
空秤时:边上4个传感器的受力=0.75t,其输出 =0.75t/30t x2 mV/Vx10V=0.5mV,中间 4 个传感器的受力 =0.75x2=1.5t,其输出=1.5t/30tx2 mV/Vx10V=1.0mV, 假设100t的货物均匀分布在秤面上,满载时各传感器的 受力为:4xW + 4x2W=100t+9t ’ W=109t/12=9.08t。
满载时:边上4个传感器的受力=9.08t,其输出 =9.08t/30tx2 mV/Vx10V=6.05mV。中间 4 个传感器 的受力=9.08x2=18.16t ’ 其输出=18.16t/30tx2 mV/ Vx10V=12.1mVc 大或调小。
结束语
以上分析是本人在实际检修工作的一些总结和分析, 在实际应用中,已为广大汽车衡使用客户提供了高效且优 质的检修服务,产生了良好的社会效益和经济效益。本文 通过对模拟电子汽车衡的传感器以及接线平衡盒等原理的 分析,让汽车衡计量检修人员从根本上理解了汽车衡的工 作原理,对提高汽车衡计量检修人员的检修水平起到一定 的指导作用。
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