本文對地磅傳感器橋路網絡不對稱布局引起多只傳感器并聯后零點產生異常,對 計量精度的影響進行全面科學的分析,使大家了解了某些地磅產生偏載誤差的原因。
曰前,接到長豐海螺水泥有限公司的電話,稱該 公司的一臺SCS-50型地磅誤差較大,用戶 反映強烈,于是我們立即趕至現場帶檢衡車)。該 地磅是1999年安裝使用的,期間曾更換過傳感 器,使用頻率較高,且時有超載車輛經過。到達現場 后,我們首先檢查限位,正常,檢查秤底有無異物,也 正常,于是開著檢衡車上磅,進行段位檢查,發現西 邊段位誤差較大,于是用標準砝碼對西邊段位的四 只傳感器進行偏載測試,后發現西北角的1只傳感 器誤差較大,斷電測量其阻抗,符合要求,懷疑判斷 失誤,通電后重新檢定,問題還在,不得不更換傳感 器,問題解決。回來后,經過查詢資料及向生產廠家 的技術人員請教,弄清了原因:該傳感器橋路網絡的 不對稱。
所謂橋路網絡的對稱問題,是指供橋兩線上分 別串聯的各補償調整電阻必須阻值一一對應相等; 輸出兩線上的輸出阻抗調整電阻也必須一分為二,
對稱串聯在兩線上,不允許把調整電阻單邊串入。 對稱串入或單邊串入,在單個傳感器檢定時發現不 出有什么區別,所以在全面推廣并聯組秤技術之后,
生產廠家幾乎都不在意橋路補償、調整電阻的對稱 問題,更缺乏專門研究和認識。但自并聯組秤技術 在國內全面推廣以后由此產生的一系列問題,逐漸 引起重視。
1.不對稱布局引起多只傳感器并聯后零點異常
為了便于分析,我們用一種最惡劣的組合模式, 有意識讓兩只同量程、同結構的傳感器造成調整電 阻嚴重不對稱,并把它們并聯起來進行試驗。用來試 驗的傳感器,其單只的靈敏系數均一致,應變計阻抗 均為350?,圖中是人為串入的調整電阻 (30?),并把各自的零點輸出調整到近乎為零。顯 然,串入后兩只傳感器的靈敏系數和輸出阻抗都仍 然是一致的。就單只傳感器而言,測力機上標定的各 項技術指標均達0.03級,無法發現它們之間存在什 么差異。但一旦并聯組成一個稱量橋路時如圖1), 則會發現,其零點輸出竟為58mY該傳感器額定量 程時的輸出僅為20mV)。就某一只傳感器而言,它 的輸入、輸出阻抗對稱狀況不外有3種:對稱、左邊 大、右邊大。因此,兩只傳感器并聯組秤后的綜合狀 態就可能有九種狀態。若是4只或更多傳感器并聯, 也就可能產生更多的隨機組合形式。如何解釋上述 現象呢?誠如大家所知,電橋的輸出電壓可用下式表 達:
其中R1?R2、R3、R4分別為橋臂電阻。由公式可 見,空載時輸出為零的條件是可以利 用這個計算公式來計算和解釋并聯組秤后的零點異 常現象。但這種計算十分復雜且無必要。因為實踐巳 確切證明,并聯電子秤用傳感器輸入、輸出線上的補 償、調整電阻是必須對稱的,否則會引起較大、甚至 極大的零點輸出。
2.橋路網絡不對稱布局對計量精度的影響
對于大多數補償、調整電阻不對稱布局的傳感 器,并聯組秤后的輸出零點不會產生異常現象。但 不能憑此就認為傳感器補償調整網絡允許不對稱, 誤認為只要組秤時采用適當的組合就能解決問題。 因為盡管組合后的總零點不大,但內電路仍然引起 偏流。其結果使傳感器實際工作電流不等于設計 值,也不等于單只傳感器標定時的工作電流。零點 溫度補償電阻、彈性模量補償電阻等熱敏電阻及線 性補償電阻,最終均以電流與AR乘積的形式起補 償作用。系數調整電阻也以供橋線上電流與其電阻 R的乘積而起到分壓作用。所以盡管某些不對稱傳 感器組合后并不產生異常零點,但由此產生的偏流, 卻會使電子秤處于“故障”工作狀態。其明顯表現是: 電子秤零漂增加,溫漂增加,各傳感器的靈敏系數產 生變化。由于有偏流的存在,所以調整電阻不對稱布 局補償的傳感器,一旦多只并聯組秤時,還可能會出 現下列兩種情況:1.盡管各傳感器靈敏度系數,輸出 阻抗的一致性合乎要求,但組秤后,出現較大的四角 誤差,而且無法調整一致。2.盡管各傳感器的溫度特 性數據均優,但并聯組秤后零點溫漂,靈敏系數溫度 影響變差。