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地磅中接線盒的標(biāo)準(zhǔn)化
本文較為詳細地介紹了由應(yīng)變式傳感器組成的地磅中所使用接線盒而 構(gòu)成的并聯(lián)融合電路,，并進步定性,、定量的理論分析,、演繹而給出電路函數(shù)表達式,、元器 件的選用條件及公式等內(nèi)容,，可為制定接線盒標(biāo)準(zhǔn)化提先前的,、價值性的依據(jù),。
二十世紀(jì)八十年代前為克服電子地磅中的角 誤差現(xiàn)象,，主要方法就是依靠接線盒中串接在傳 感器電源激勵端的電位器來達到調(diào)整偏載的胳 稱“調(diào)壓法”,中期市場上又出現(xiàn)了通過改變傳 感器靈敏度的大小來實現(xiàn)修正偏載的新方法簡 稱“靈敏度調(diào)節(jié)法”。至今,，這兩種方法均為接 線盒的主要核心技術(shù),。
在由電阻應(yīng)變片式的傳感器以下簡稱“傳 感器”而構(gòu)成的電子地磅中，接線盒是* 且非常重要的個調(diào)整裝置,。對于調(diào)壓法的技術(shù) 已有很多文獻作了介紹,，其主要特點就是線路非 常簡單,、成本超低，基本可以滿足商用秤的要求,， 但溫度對電位器的影響會使接線盒給地磅帶來 5ppm/^C~ 7ppm /c的線性溫度漂移,，這個誤差是 不可忽略的。而靈敏度調(diào)節(jié)法除線路上稍微繁鎖 外,，該技術(shù)不但*可以彌補調(diào)壓法的不足之處,，同時還具備些的優(yōu)點。
1.并聯(lián)融合電路
目前由多個傳感器組成的地磅,，接線盒 的接線電路都是采用相同信號成并聯(lián)的方式而構(gòu) 成,，也就是把所有的傳感器相對應(yīng)的電源線、信 號線按邏輯符號分別接在起,，如圖1所示,。 組傳感器的各自輸出經(jīng)調(diào)整后以并聯(lián)的形式將輸 出信號疊加起來而形成個總輸出電壓信號的電 路稱為并聯(lián)融合電路。該電路由兩部分組成,，即 調(diào)節(jié)電路和保護電路,。
1.1融合電路的輸出U0
依據(jù)戴維南定理可把傳感器電路等效為電動 勢為E內(nèi)阻為R。的電壓源電路,。這樣便可得出圖 1所示電路圖的等效電路,，如圖2所示，圖中% 為支路阻抗函數(shù),，即aR=f(R),。當(dāng)電子地磅使用了 n個傳感器時，根據(jù)模擬電子技術(shù)電路原理可得出并聯(lián)融合電路的輸出表達式
在秤體就位后,，因現(xiàn)場條件,、人員及安裝技 術(shù)、地基基礎(chǔ),、秤臺制造,、傳感器靈敏度的分散 性等原因而造成角誤差現(xiàn)象，當(dāng)確定了該調(diào)節(jié)電 路的激勵電壓EX值和傳感器的額定載荷PF值后,， 便可通過調(diào)節(jié)接線盒中的各電位器來改變相應(yīng)角 的傳感器靈敏度大小,，而使得施加同載荷在秤 臺任處都具有相同的顯示值。
式中：ei—第i個傳感器的靈敏度;
Wi——第i個傳感器實際承受的載荷,。
1.2調(diào)節(jié)
在惠斯頓電橋以下簡稱“電橋”的輸出端 并聯(lián)純電阻電路便構(gòu)成個可變的惠斯頓電橋 電路以下簡稱“電橋電路”,。以圖1中某支 路為例，其電橋電路為abcd回路,。因可變電位器 可改變電橋電路輸出信號的大小,，這樣必然也就 改變了傳感器的靈敏度,。所以電橋電路是具有調(diào) 節(jié)傳感器靈敏度功能的,，電橋電路abcd回路也就 稱為靈敏度調(diào)節(jié)電路以下簡稱“調(diào)節(jié)電路”。應(yīng) 用模擬電子技術(shù)電路ra知識可得出調(diào)節(jié)電路輸出式：
上式公式中舍去了高次項AR2。EX • (AR/R)是電橋的輸出式,。RW/(RW+R) <1,。可以 看出：電橋電路的輸出實際上就是電橋輸出乘以 小于1的系數(shù),，且恒定小于電橋的輸出;再有,， 當(dāng)溫度引起Rw阻值變化了 ±Rt時収討論電位器 支路，因為傳感器的輸出阻抗R,。是做過溫度補償 的,，不會隨溫度變化而改孌,Rw/ (Rw+R)表達式 改變?yōu)椋?/p>
這里，Rt/Ro,、R/l+Rt+R)表達式的值都很小, 可以忽略不計而舍去,。
從上式表達式演變過程可以看出，溫度對調(diào) 節(jié)電路的影響幾乎可以不考慮(30°C?+60°C環(huán) 境溫度下,。此外,，公式3中因含有非線性因 子1/Rw,所以在調(diào)試時是做不到線性調(diào)試的，即 每調(diào)圈,，靈敏度改變幅度都相同,，變化曲線如 圖 3 所示。
1.3保護
保護電路僅由兩個Rg/2電阻串聯(lián)組成,，并可 以實現(xiàn)支路阻抗隔離和支路傳感器抗偏功能,。
1.3.1隔離
在圖1中，假設(shè)每個支路上沒有串接兩個Rg/2 電阻,，這時對任_支路的靈敏度進行調(diào)節(jié)的同時 其他所有支路的靈敏度輸出都會發(fā)生改變,，即支 路之間阻抗發(fā)生了相互干擾的，在這種情況下是 無法進行偏載修正的,。為了使支路間的調(diào)節(jié)電路 不會產(chǎn)生相互影響現(xiàn)象,，而在每個支路上串接兩 個足夠大的電阻Rg/2,以保證未調(diào)節(jié)支路阻抗不 變，這就叫隔離,。
做出隔離原理圖,，如圖4所示。圖中,，先假 設(shè)有_已知傳感器A, Us為該傳感器的電動勢 狺號輸出,(^是它的輸出阻抗,，該支路稱為A 支路;然后再做個帶有調(diào)節(jié)電路(B)和保護 電路的傳感器B,它的輸出阻抗為R。,，所 在支路為B支路,。當(dāng)A支路單存在時，在該支 路b,、c兩端可測得支路阻抗Rbe=%s,。然后先把保 護電路fR截路,，再做B支路與A支路并聯(lián)連 接,這時在b、c兩端測得的阻抗Rk=RK//R,。//^這 樣的個結(jié)果,，這便說明B支路影響了 A支路， 支路間產(chǎn)生了相互干擾;如果恢復(fù)了保護電路 (U的串接,，再做b,、c兩點阻抗值測試，可得如 下結(jié)果：
這個結(jié)果告訴我們,，如果在支路上串接個 足夠大的電阻Rg后,，該支路阻抗便獲得了電阻Rg 的保護而與外界近似隔，支路之間由于Rg 的存在產(chǎn)生了相互隔離,，而導(dǎo)致支路阻抗間無干 擾現(xiàn)象,，因而電阻Rg稱作隔離電阻。
該式表明：當(dāng)并聯(lián)融合電路各支路參數(shù)確定 后,，支路保護電阻VRg的值便決定了融合電路輸出 Uo的大小,，每個支路中的保護電阻Rg的精度便決 定了支路輸出誤差的大小，也就決定了融合電路 輸出U,。的離散性程度,。實驗表明，如果保護電阻 Rg的公差控制在0.01%時,，幾個受載不均勻的傳感 器平均的誤差小于0.05% ,從而使得支路輸出之間 信號值更加靠近,，這樣電阻Rg有助于改善偏載現(xiàn) 象的效應(yīng)就叫抗偏功能。
2.量化設(shè)計融合電路參數(shù)
不同的地磅所使用的傳感器數(shù)量,、型號 是有很大差別的,，而傳感器的輸出阻抗因傳感器 彈性體結(jié)構(gòu)不同而不同，這樣對融合電路參數(shù)的 確定很難有個標(biāo)準(zhǔn)可依,。正因為這個原因,，目 前市場上所用的接線盒良莠不齊，讓人感覺不好 用,。影響接線盒使用效果的原因只有兩個,，是 保護電阻Rg大小的選取，再者就是調(diào)節(jié)電位器Rw 量程及增益電阻R Z大小的確定,。
2.1保護電阻Rg選取
已經(jīng)知道,，足夠大的保護電阻Rg具有隔離、 抗偏的雙重功能,，但不知道足夠大到什么程度,、 取值范圍及取值標(biāo)準(zhǔn)。
仍以圖4為例,。當(dāng)A支路單存在時,，b,、c 兩端信號輸出Ubc=Us。但當(dāng)B支路與A支路并聯(lián)后b,、c兩端信號輸出變?yōu)椋?/p>
2.2調(diào)節(jié)電位器Rw的選取 調(diào)節(jié)電路實質(zhì)就是通過改變電位器的阻值而 引起電橋電路輸出阻抗(^值的變化，進而Rbc端 電壓Ubt也會隨同改變而達到調(diào)節(jié)目的,。資料考證 已詳細介紹了輸出阻抗Rbt,、并給出數(shù)學(xué)表達式：
比較8與9兩式可知，輸出阻抗Rbc和 輸出信號Ub,。這兩個表達式中都含有非線性因子 1/Rw,而且表達式的結(jié)構(gòu)形式也相同,，通過理論計 算與實驗數(shù)據(jù)證明，可把調(diào)節(jié)曲線分為三個區(qū)域,。
敏感調(diào)整區(qū),，這時定義RA7R。威8R,。),。該段 曲線前段部分上升的快，不利于調(diào)整操作;后半 部分雖然上升的較為慢了點,，但曲線變化率很大,、 調(diào)整起來是很靈敏的、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,。所以基本上 不在該區(qū)域做調(diào)節(jié)工作的,。如果用個固定電阻 Rz取代定義的Rw«7R。威8R,。)值,，這樣調(diào)節(jié)曲線不 但固定了起始點，而且可防止調(diào)整短路現(xiàn)象出現(xiàn),。 因此將電阻Rz叫作增益電阻,。
有效調(diào)整區(qū)，這時定義R2
微調(diào)整區(qū),，這時定義圪>30私,。這段曲線 變化非常緩慢，調(diào)整效果甚微,。
在選擇電位器時應(yīng)選擇精密多圈式規(guī)格的,， 這樣可使調(diào)節(jié)起來更為細膩。
3.接線盒的溫度性能
溫度對接線盒的影響力是大的,，接線盒溫度 性能的好壞直接影響著電子衡器的準(zhǔn)確性,。通俗地 講，當(dāng)_臺秤的顯示值變化不超過個小刻度值 卸個分度3時,，我們就認(rèn)為“準(zhǔn)”,，這樣就可 以把該d定義為設(shè)備誤差威稱標(biāo)準(zhǔn)誤差值,，即 5E=d。先約定,，8D表示為設(shè)計誤差,、8t表示為 電路誤差。溫度是隨機性的,，而引起的變量就是屬 于隨機變量的,。根據(jù)統(tǒng)計學(xué)知識可知，如果5^知 時,，則有&=0.675fi,。因而可求得電路誤差表達式：
這便是所要求的接線盒的溫度性能。S,值也可以看成是接線盒的溫度系數(shù),。在1.2小節(jié)中已經(jīng)得知,，當(dāng)溫度引起Rw阻值變化了土R,時，溫度對調(diào)節(jié)電路的影響幾乎可以不考慮( 30C?+60C環(huán)
境溫度下)結(jié)論,，同時接線盒又是純電阻裝置,， 這樣St值便可看成是保護電阻Rg的溫度系數(shù)了。
4.結(jié)論
所述的接線盒內(nèi)容已經(jīng)過數(shù)(十)年的,、多種 環(huán)境的,、不同人員的使用，非?？陀^地反映出調(diào) 節(jié)快捷而靈活方便,、性能穩(wěn)定且抗干擾強，更重 要的是溫度變化對他的影響幾乎達到免考慮的程 度,。凡從事地磅設(shè)計,、調(diào)試的相關(guān)人員可參 照文中內(nèi)容，這樣會更好的幫助你確定參數(shù)值,， 使得接線盒更好用,。