傳感器——地磅的“心臟”
經過數(shù)十年的發(fā)展，傳感器以及偏載調試電路經過了數(shù)次變革，取得了卓越的成就。但是在平常使用過程中，很多工程師并不是很注重傳感器的計算選擇，從而造成了很多傳感器錯選的現(xiàn)象，導致衡器測量進度降低。而常用的偏載調整電路，則存在不能長期保持穩(wěn)定及不能獨立采集和在線監(jiān)測并聯(lián)組秤里面單個傳感器的承重狀態(tài)的弊端。
想要提高“以傳感器為核心”的信息準確采集精度，就要知道如何確定傳感器的準確度，以及提供一種能夠長期穩(wěn)定并且能夠獨立采集單個傳感器承重狀態(tài)的電路。
如何確定傳感器的準確度
傳感器的準確度是一個綜合概念，需要有一組量值共同構成。構成準確度的量值來自兩個方面：一方面是按統(tǒng)一性要求由衡器分解而來的，如安全極限負荷、最大秤值、最小靜負荷等，我們稱這組量為基本量；另一方面是來自傳感器性能，如誤差、分度值等。
基本量的確定基本量的確定方法如下：
（l）測量范圍：由所組地磅的最大秤量分解(要考慮到最不利的分配因素)而來。例如，多傳感器地磅的最大秤量與傳感器的測量范圍相等一臺地磅中用了多個傳感器，那么由各傳感器測量范圍合成為衡器的最大秤量。
（2）安全極限載荷：考慮到衡器受到沖擊、振動、不均分配等過載因素后所需的最大承載值。通常，非自動衡器用傳感器的安全極限載荷是最大測量范圍的 1.6~2 倍，自動衡器用傳感器的安全極限載荷是最大測量范圍的 1.25~1.6 倍，即安全系數(shù)。有時，安全極限載荷不便確定，則可先確定測量范圍，再乘以安全系數(shù)得到該值。
（3）最小靜負荷：每一種稱重傳感器都有其較具體的應用領域，傳感器的最小靜負荷與衡器零點是同一概念，因此可由該類衡器中承載器的最小可能值計算最小靜負荷。
（4）最大秤量：最大測量范圍與最小靜負荷之和。有了以上四個基本量,可以對傳感器進行初步的選擇。
初步選擇傳感器之后，則要檢測傳感器準確度，以檢驗所選用的傳感器是否滿足準確度要求。準確度的確定（1）按 R60 國際建議做全部試驗操作。
（2）用常溫測量的最小靜負荷點進程測量平均值，最大測量范圍 75%左右點的測量均值為參考點作出計算偏差的參考直線。
（3）在最小靜負荷點及其最近測試點的全部數(shù)據(jù)中選最大偏差，將其除以 0.35 得到 V1 值；選最大秤量點全部數(shù)據(jù)中的最大偏差并除以 1.05 得 V2；選最大測量范圍 1/2 點全部數(shù)據(jù)中的最大偏差并除以 0.7 得 V3(若預計分度數(shù)大于 4000，則除以 1.05)；最后在 V1、V2、V3 中選最大值作為分度值的預選值，記為 V。
（4）用最大秤量與最小靜負荷的差值除 V，得到分度數(shù) n 的預選值，記為 n。用 n將測量范圍分段，若此時其他各測量數(shù)據(jù)均符合允差要求，則 n=n，否則應根據(jù)超差點的數(shù)據(jù)計算壓縮比 k（k<1），得到 n=km。
選定傳感器
監(jiān)測傳感器準確度是否符合要求，如符合要求則確定使用，如果不符合要求則重新選用，重復以上步驟。
傳感器電路
現(xiàn)在最為常用的稱重傳感器是電阻應變式稱重，下文便以該傳感器為例，介紹傳感器電路。單個電阻應變式稱重傳感器的電路電阻應變式稱重傳感器是在彈性體上按照一定的規(guī)律粘貼電阻應變片且接成電橋電路形式。
為了滿足多項技術參數(shù)達到要求，就需加一些補償電阻。
根據(jù)戴維定理，一只稱重傳感器的電路可以等效為一個電壓源和與其輸出阻抗串聯(lián)的電路。 e 是傳感器受載后產生的電壓信號，其大小正比于傳感器的靈敏度系數(shù) k 和重量 W 的大小。
R0 是傳感器的輸出阻抗。如果在傳感器輸出端并接一個可調電位器 Rw，加以調整，則可使多個傳感器的輸出電壓相等，即U01=U02=U0n。目前應用最多的偏載誤差調整方法就是基于此原理。
多個傳感器并聯(lián)的電路
多個傳感器的輸入端并聯(lián)，由稱重儀表里的直流穩(wěn)壓電源供電作為橋壓，輸出端也并聯(lián)，輸出信號電壓至稱重儀表。
n 只傳感器并聯(lián)輸出的等效電路，ei 為第 i 個傳感器輸出端開路的輸出電壓，Roi 為第 i 個傳感器在電壓源短路的輸出電阻，e 為 n 個傳感器并聯(lián)后的總的輸出電壓。
并聯(lián)輸出等效電路的節(jié)點電壓方程式為：
因為 ei=kiwi 所以
由上式可得，對于用 n 個傳感器并聯(lián)組成的電子衡器，
是一個確定的系數(shù)，它不會給電子衡器造成偏載誤差。而 Ki 和 R0i 的分散性卻會直接影響 e 和 w 成正比的關系。因此，只有當多個傳感器的靈敏度系數(shù) Ki 和輸出阻抗 R0i 都相等，或者它們的比值
相等時，才能保證無偏載誤差。顯然多個稱重傳感器并聯(lián)組秤所必須具備的條件，就是各傳感器的比值一致。
但由于大批量生產制造出來的同一系列同規(guī)格稱重傳感器的靈敏度系數(shù)和輸出阻抗不可避免地存在一定離散性，所以多個稱重傳感器并聯(lián)組秤都需要設置接線調整盒來解決便在誤差問題。
現(xiàn)在實用的調整電路
稱重傳感器并聯(lián)組秤時，常用的偏載誤差調整的方式如圖 1 所示。
稱重傳感器生產制造時對各種技術參數(shù)的補償修正是對稱調整實施，所謂電壓調節(jié)方式，實質上是微調其靈敏度系數(shù)，故也應該以對稱形式出現(xiàn)在輸入端。
圖 1(a)方式，是在多個稱重傳感器輸入端各串接一對精密電位器(Rw=20Ω)，對多個傳感器得到的激勵電壓作細微的調整，從而改變其靈敏度系數(shù)，以使各傳感器的比值
趨于一致，消除偏載誤差。圖 1(b)是在多個稱重傳感器輸出端串聯(lián)一對誤差小 0.05% （2.5K~5K）阻值遠大于傳感器的輸出電阻，從而相對有效地減小傳感器輸出電阻的離散程度。二是在輸入端兩邊對稱的串接三個小阻值的精密電阻，每個電阻有短接焊點，來改變每個傳感器所得到的激勵電壓值的大小，微調其靈敏度系數(shù)，使各傳感器的比值
一致。實際使用情況表明，這種調整方法相對比用電位器（圖 1(a)）的長期穩(wěn)定性要好。圖 1(c)是多個稱重傳感器并聯(lián)組秤普遍采用的一種調整電路。電阻 R 可以防止電位器 Rw 短
路；精密電阻 Rg 為隔離電阻，將各傳感器經調整后的電壓隔離開來；傳感器輸出電壓經過各自的隔離電阻，并聯(lián)起來送至稱重儀表。顯然，通過改變 Rw 可以使各個傳感器輸出電壓趨于一致，加之隔離電阻也能起到減小傳感器輸出電阻離散程度的作用，這樣有效的消除了偏載誤差。實際使用時的接線如圖 2 所示（未畫出 TVS 管）。
偏載調整監(jiān)測電路
基于以上分析，本文提出一種偏載調試調整監(jiān)測電路，既能夠達到信號長期穩(wěn)定的效果，還能夠對單個傳感器進行實時監(jiān)測，如圖 3 所示。
（1）在這個電路中，借鑒圖 1（b）和圖 2 兩種方案，在輸出端并聯(lián)五個串接的電阻，每個電阻有短接焊點，可供調整，改善了圖 2 方案中，因電位器而引起的長期穩(wěn)定性較差的弊端。
（2）采用“信號分離器”
隨著計量設備智能診斷技術的發(fā)展，傳感器輸出信號并聯(lián)方法無法獨立采集，限制了智能測控技術的應用。僅靠人工經驗，不僅在線管理難度大、成本高，而且無法及時掌控設備的工作狀態(tài)。
圖中“信號分離器”不但能夠實現(xiàn)將輸出端并聯(lián)的作用；而且還能夠分離各個傳感器的輸出信號。
隨后采用稱重傳感器累計量校準方法來判斷稱重傳感器在線狀態(tài)，判斷出稱重傳感器的稱重累計量誤差趨勢，從而判斷出誤差的部位和所在傳感器系統(tǒng)，達到監(jiān)測的目的。
最后由監(jiān)測所得結果，對稱重系統(tǒng)及時進行改進，提高稱重系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
掌握傳感器準確度確定的方法，能夠使得設計工程師選擇合適的傳感器。全新的偏載調試監(jiān)測電路可以提高傳感器的檢測精度，并且能夠及時監(jiān)測和判斷故障部位，從而進行修復。整個過程，以傳感器為核心，可以有效減小傳感器測量誤差，提高衡器的測量精度和穩(wěn)定性。
