本文对地磅传感器桥路网络不对称布局引起多只传感器并联后零点产生异常,对 计量精度的影响进行全面科学的分析,使大家了解了某些地磅产生偏载误差的原因。
曰前,接到长丰海螺水泥有限公司的电话,称该 公司的一台SCS-50型地磅误差较大,用户 反映强烈,于是我们立即赶至现场带检衡车)。该 地磅是1999年安装使用的,期间曾更换过传感 器,使用频率较高,且时有超载车辆经过。到达现场 后,我们首先检查限位,正常,检查秤底有无异物,也 正常,于是开着检衡车上磅,进行段位检查,发现西 边段位误差较大,于是用标准砝码对西边段位的四 只传感器进行偏载测试,后发现西北角的1只传感 器误差较大,断电测量其阻抗,符合要求,怀疑判断 失误,通电后重新检定,问题还在,不得不更换传感 器,问题解决。回来后,经过查询资料及向生产厂家 的技术人员请教,弄清了原因:该传感器桥路网络的 不对称。
所谓桥路网络的对称问题,是指供桥两线上分 别串联的各补偿调整电阻必须阻值一一对应相等; 输出两线上的输出阻抗调整电阻也必须一分为二,
对称串联在两线上,不允许把调整电阻单边串入。 对称串入或单边串入,在单个传感器检定时发现不 出有什么区别,所以在全面推广并联组秤技术之后,
生产厂家几乎都不在意桥路补偿、调整电阻的对称 问题,更缺乏专门研究和认识。但自并联组秤技术 在国内全面推广以后由此产生的一系列问题,逐渐 引起重视。
1.不对称布局引起多只传感器并联后零点异常
为了便于分析,我们用一种最恶劣的组合模式, 有意识让两只同量程、同结构的传感器造成调整电 阻严重不对称,并把它们并联起来进行试验。用来试 验的传感器,其单只的灵敏系数均一致,应变计阻抗 均为350?,图中是人为串入的调整电阻 (30?),并把各自的零点输出调整到近乎为零。显 然,串入后两只传感器的灵敏系数和输出阻抗都仍 然是一致的。就单只传感器而言,测力机上标定的各 项技术指标均达0.03级,无法发现它们之间存在什 么差异。但一旦并联组成一个称量桥路时如图1), 则会发现,其零点输出竟为58mY该传感器额定量 程时的输出仅为20mV)。就某一只传感器而言,它 的输入、输出阻抗对称状况不外有3种:对称、左边 大、右边大。因此,两只传感器并联组秤后的综合状 态就可能有九种状态。若是4只或更多传感器并联, 也就可能产生更多的随机组合形式。如何解释上述 现象呢?诚如大家所知,电桥的输出电压可用下式表 达:
其中R1?R2、R3、R4分别为桥臂电阻。由公式可 见,空载时输出为零的条件是可以利 用这个计算公式来计算和解释并联组秤后的零点异 常现象。但这种计算十分复杂且无必要。因为实践巳 确切证明,并联电子秤用传感器输入、输出线上的补 偿、调整电阻是必须对称的,否则会引起较大、甚至 极大的零点输出。
2.桥路网络不对称布局对计量精度的影响
对于大多数补偿、调整电阻不对称布局的传感 器,并联组秤后的输出零点不会产生异常现象。但 不能凭此就认为传感器补偿调整网络允许不对称, 误认为只要组秤时采用适当的组合就能解决问题。 因为尽管组合后的总零点不大,但内电路仍然引起 偏流。其结果使传感器实际工作电流不等于设计 值,也不等于单只传感器标定时的工作电流。零点 温度补偿电阻、弹性模量补偿电阻等热敏电阻及线 性补偿电阻,最终均以电流与AR乘积的形式起补 偿作用。系数调整电阻也以供桥线上电流与其电阻 R的乘积而起到分压作用。所以尽管某些不对称传 感器组合后并不产生异常零点,但由此产生的偏流, 却会使电子秤处于“故障”工作状态。其明显表现是: 电子秤零漂增加,温漂增加,各传感器的灵敏系数产 生变化。由于有偏流的存在,所以调整电阻不对称布 局补偿的传感器,一旦多只并联组秤时,还可能会出 现下列两种情况:1.尽管各传感器灵敏度系数,输出 阻抗的一致性合乎要求,但组秤后,出现较大的四角 误差,而且无法调整一致。2.尽管各传感器的温度特 性数据均优,但并联组秤后零点温漂,灵敏系数温度 影响变差。