地磅电容式称重传感器在汽车称重系统中的应用分析

针对我国目前大都采用的电阻应变式传感器汽车载重检测系统的弊端，分析了用电容称重传感器进行车辆称重，从而实现静态和动态两种方式测重，实现不受位置的约束。该称重装置不必另外加装专用弹性体，而是利用车辆本身自带的用来减振用的钢板弹簧，因此结构上比较简单，具有一定的现实意义。

我国目前采用的几种汽车载重检测系统大都采用的是电阻应变式传感器。这种传感器是在弹性体的表面上粘贴电阻应变片，由于弹性体在长期工作后刚度会有所降低，这将引起测量结果偏高 。而采用电容称重传感器进行车辆称重，能实现静态和动态两种方式测重，实现不受位置的约束。该称重装置不必另外加装专用弹性体，而是利用车辆本身自带的用来减振用的钢板弹簧，因此结构上比较简单。

电容式称重传感器，安装在轮轴上方和车厢底部之间，它能够把汽车载荷变化转化为电容传感器电容值的变化，经过单片机分析处理就能够获得汽车的载荷值。假如汽车前后各有一条轮轴，其电路框图如图 1.1 所示.

由图可知，首先汽车前后轮轴上的电容传感器采集汽车载荷信息； A/D 转换器将采集到的模拟信号转化为数字信号，然后输入到单片机上；单片机将对接受到的数字信号进行运算和处理后，将测量结果输出到液晶显示屏；如果汽车载荷超过额定值时，将向去点火系统输入控制信号，使汽车熄火，让其无法正常行驶。

电容称重传感器在汽车上的安装如图 1.2 所示。

当车厢内的货物两边轻重不同时，车轮上方的钢板弹簧的变形会不同，会引起车厢倾斜。为降低弹簧变形不同带来的误差，将电容极板固定在轮轴的正中间，因此，当车厢产生倾斜时，电容传感器中心的相对高度仍然可以保持不变。其中电容上极板部分由上屏蔽板和上极板组成，固定在车厢下面，处于车架正中部；电容下极板部分由下屏蔽板和下极板组成，固定在车轴中间的正上方，电容上下两板需要正好上下对齐。电容上下两极板中屏蔽板要求接测量电路中的地。汽车每根轮轴正上方和车身之间都需要安装一个电容称重传感器。

当汽车装上货物后，轮轴上安装的钢板弹簧就会出现弹性变形，称重传感器极板间距 d 就会与原来不同，称重电容的容量值也就会随之产生变化。由于车辆载荷和弹簧的变形量成正比，所以，我们可以预先通过实验的方法标定出电容测量电路输出电压值与汽车轮承受载荷之间的线性关系，然后就能依据各轴上安装的电容传感器输出的电压值测出该轴的承受质量。将汽车各轴上所对应的载荷质量全部相加，就可以求得该车总的载荷质量。

根据车身的大小和电容成本的考虑 , 电容传感器上下极板的面积不能做的很大，又因车厢底部一般离轮轴比较远，根据电容值和极板面积、极板间距的关系，会造成两极板间的电容值相对较小 , 通常小于 1pF。但是大地和电容传感器极板引线间的杂散电容通常却大大超过 1pF。所以 , 为了能够更好的精确测量电容传感器的容量，建议采用四相检测电荷转移式微电容测量电路 , 测量电容的分辨率可以达0.001pF左右，灵敏度更是要高于1V/pF.

汽车在和计算原理

以四轮两轴汽车为例，若在汽车上安装的电容传感器相同，汽车所用钢板弹簧相同，设空车质量为m0，汽车载荷质量为mL，当汽车保持静止或匀速运动状态时，其受力平衡，，则有如下等式：