在衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)，往往在確定準(zhǔn)確度等級(jí)等指標(biāo)后，不知如何選擇傳感器和稱重儀表？有時(shí)自認(rèn)為已正確選擇了稱重傳感器和稱重儀表，但是在實(shí)際測(cè)試中，衡器的計(jì)量性能指標(biāo)還是無法保證，請(qǐng)指教在傳感器和儀表的選型中，有何訣竅？

問題解答：

在電子衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)，往往確定衡器準(zhǔn)確度等級(jí)后，需要掌握以下選擇傳感器和儀表的選型原則：

1．傳感器和儀表的選型中與衡器相關(guān)的計(jì)量參數(shù)

（1）衡器的主要參數(shù)：zui大秤量、zui小秤量、準(zhǔn)確度等級(jí)、zui大檢定分度數(shù)n、工作溫度范圍、承載器的靜載荷、去皮重量等。

（2）衡器的誤差分配系數(shù)：p12+ p22+ p32+ p42+ p52……≤1

其中：p1、p2、p3、p4、p5…pi——衡器的誤差分配因子，0.3≤pi≤0.8。

2．衡器zui大秤量修正系數(shù) Q

一般來說，衡器的zui大秤量修正系數(shù)Q應(yīng)大于1，主要是針對(duì)偏載（載荷的不均勻分布）、承載器的靜載荷、初始置零范圍及添加皮重可能產(chǎn)生的影響的考慮。

Q = （Max+ DL + ISZR + NUD + T+...） / Max

其中：Max ——衡器的zui大秤量；
DL —— 承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定；
ISZR ——初始置零范圍，一般為20% Max；
NUD ——承載器的載荷不均勻分布值。一般可以按典型結(jié)構(gòu)的衡器進(jìn)行假設(shè)。

·帶杠桿及單傳感器的衡器，或傳感器對(duì)稱排列的料斗，承載器上沒有易造成偏載的裝置 NUD = 0 %Max
·其它典型衡器NUD = 20%Max
·對(duì)于叉車秤，單軌吊秤及汽車衡NUD = 50％Max
·多秤臺(tái)衡器，組合數(shù)固定 NUD = 50%Max（累計(jì)zui大秤量）
·多秤臺(tái)衡器，組合數(shù)是可變NUD = 50%Max（單秤臺(tái)zui大秤量）

T —— 衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)按添加皮重法設(shè)計(jì)的重量值。

當(dāng)然衡器的zui大秤量修正系數(shù)Q還可以根據(jù)不同衡器的實(shí)際使用狀況，再分別加上沖擊系數(shù)、超載系數(shù)、風(fēng)壓系數(shù)等。

3．稱重傳感器選型

3.1 準(zhǔn)確度等級(jí)

準(zhǔn)確度等級(jí)，包括稱重傳感器（LC）溫度范圍及濕熱穩(wěn)定和蠕變指標(biāo)，必須滿足衡器的要求。

*） 如果溫度范圍足夠?qū)?，并且濕熱的穩(wěn)定性和蠕變指標(biāo)只能滿足較低準(zhǔn)確度等級(jí)要求。

3.2 傳感器zui大允許誤差分配系數(shù)pLC

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重傳感器的誤差分配系數(shù)，那么pLC = 0.7。稱重傳感器的誤差分配系數(shù)可以是0.3≤pLC≤0.8。

3.3 工作溫度范圍

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中沒有規(guī)定稱重傳感器的工作溫度范圍，那么溫度范圍下限Tmin = -10℃及溫度范圍上限Tmax = 40℃。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，也可以對(duì)溫度范圍做出限定，但工作溫度范圍不得小于30℃。

3.4 傳感器zui大秤量

稱重傳感器的zui大秤量Emax應(yīng)滿足下述條件：

Emax≥Q × Max × R / N

其中：Q ——衡器zui大秤量修正系數(shù)；
Max——衡器的zui大秤量；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
N —— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

3.5 傳感器zui小靜載荷

因承載器所產(chǎn)生的zui小載荷必須等于或大于稱重傳感器的zui小靜載荷Emin （許多稱重傳感器有Emin = 0）：

Emin≤DL×R / N

其中：Emin—— 傳感器的zui小靜載荷；
DL —— 承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定。

3.6 傳感器zui大分度數(shù)nLC

（1）對(duì)于每只稱重傳感器，稱重傳感器的zui大分度數(shù)nLC應(yīng)不小于衡器的檢定分度數(shù) n：

nLC≥n

（2）對(duì)于多稱量范圍、多分度值衡器，下述要求適用于任何單獨(dú)的稱量范圍或局部稱重范圍：

nLC≥ni

（3）傳感器zui小靜載荷輸出恢復(fù)DR

l 對(duì)于多稱量范圍衡器，同一傳感器用于多于一個(gè)稱量范圍時(shí)，應(yīng)滿足條件：

DR×E / Emax≤ e1 ×R / N

或：DR / Emax ≤ e1 / Max

當(dāng)DR未知時(shí)，應(yīng)滿足條件nLC≥0.4 ×Max r / e1。

·對(duì)于多分度值衡器，應(yīng)滿足條件：

DR ×E / Emax≤0.5 ×e1×R / N 即 DR / Emax £ 0.5 ×e1 / Max

其中：E = Max × R / N 是衡器加載至Max時(shí)加在單個(gè)稱重傳感器上的部分載荷。

當(dāng)DR未知時(shí)，應(yīng)滿足條件nLC≥Max / e1。

3.7 傳感器zui小檢定分度值

稱重傳感器zui小檢定分度值vmin不應(yīng)大于衡器檢定分度值e乘以載荷傳遞裝置的縮比R，再除以稱重

傳感器數(shù)量N的平方根：

vmin ≤ e1 ×R /

對(duì)于多稱量范圍衡器，相同的傳感器用于多于一個(gè)稱量范圍時(shí)，或多分度值衡器，e用e1代替。

3.8 傳感器輸入阻抗

傳感器的輸入電阻RLC 受到稱重儀表的限制。RLC / N 必須滿足稱重儀表輸入電阻范圍RL min到RL max。

3.9 傳感器額定輸出

傳感器在用Emax加載后，對(duì)應(yīng)輸入電壓下的輸出信號(hào)的變化一般采用 mV/V 表示。

為了更方便于計(jì)算，OIML R 60 中引入了下面的相對(duì)值：

Y = E max / v min
Z = E max / （2·DR）

4．稱重儀表的選型

4.1 準(zhǔn)確度等級(jí)

稱重儀表準(zhǔn)確度等級(jí)，包括溫度范圍及濕熱穩(wěn)定性指標(biāo)，必須滿足衡器的要求。

*） 如果溫度范圍足夠?qū)?，并且濕熱的穩(wěn)定性指標(biāo)只能滿足較低準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。

4.2 稱重儀表的zui大允許誤差系數(shù)

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重儀表的zui大允許誤差系數(shù)，那么pind = 0.5。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該系數(shù)可以為0.3≤pind ≤0.8。

4.3 工作溫度范圍

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重儀表的溫度范圍，那么溫度范圍下限值Tmin = -10℃，溫度范圍上限值Tmax = 40℃。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，可以對(duì)溫度范圍進(jìn)行限制, 但工作溫度范圍不得小于30℃。

4.4 zui大檢定分度數(shù)

對(duì)于每臺(tái)稱重儀表，其zui大分度數(shù)nind應(yīng)不小于衡器的檢定分度數(shù)n：

nind ≥ n

對(duì)于多稱量范圍或多分度值衡器，該要求適用于任何單獨(dú)的稱量范圍或局部稱重范圍：

nind ≥ ni

如果可以用于多稱量范圍或多分度值衡器，這些功能必須包括在受檢定的稱重儀表中。

4.5 與衡器相關(guān)的稱重儀表電氣參數(shù)

Uexc （V） 稱重傳感器激勵(lì)電壓
Umin （mV） 稱重儀表的正常zui小輸入電壓
Δumin （mV） 稱重儀表每個(gè)檢定分度值的zui小輸入電壓
UMRmin （mV） 稱重儀表測(cè)量范圍zui低電壓
UMRmax （mV） 稱重儀表測(cè)量范圍zui高電壓
RLmin （W） 連接傳感器的zui小輸出阻抗
RLmax （W） 連接傳感器的zui大輸出阻抗

4.6 稱重儀表每個(gè)檢定分度值的zui小輸入電壓驗(yàn)算

（1） 稱重儀表的正常zui小輸入電壓（衡器空載） Umin驗(yàn)算

Umin = C×Uexc×R×DL /（Emax×N ）

其中：Uexc—— 傳感器的激勵(lì)電壓；
C —— 傳感器的額定輸出；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
DL —— 衡器承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定；
Emax—— 傳感器的zui大秤量；
N—— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

（2） 稱重儀表的每檢定分度的zui小輸入電壓Δumin驗(yàn)算

Δumin = C×Uexc×R×e /（Emax×N ）

其中：C —— 傳感器的額定輸出；
Uexc—— 傳感器的激勵(lì)電壓；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
e —— 衡器檢定分度值，對(duì)于多稱量范圍或多分度值衡器，e = e1；
Emax—— 傳感器的zui大秤量；
N—— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

5．連接電纜的選型

稱重儀表與傳感器或傳感器接線盒（使用六線制的稱重儀表應(yīng)具有傳感器反饋補(bǔ)償功能）之間的附加電纜必須在稱重儀表說明書中進(jìn)行規(guī)定。

zui簡單的方法是在稱重儀表說明書中規(guī)定電纜材料（銅，鋁等）的單位橫截面（m/mm²）電纜長度的值。否則必須計(jì)算電纜長度（m）、截面積（mm2）、導(dǎo)電材料參數(shù)和每股芯線zui大電阻（W）。

5.1 電纜電阻變化計(jì)算

應(yīng)測(cè)量零點(diǎn)與zui大載荷之間的量程。首先應(yīng)計(jì)算衡器在zui大工作溫度范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的電纜電阻變化：

DRTemp = Rcable ×a × （Tmax – Tmin）

其中：DRTemp—— zui大工作溫度范圍所對(duì)應(yīng)的電纜電阻變化（單位為Ω）；

Rcable ——單股電纜電阻值，Rcable = （r ×L） / A

其中：ρ ——材料的電阻率（例如銅：ρcopper = 0.0175Ωmm2/m）
L—— 電纜長度（單位為m）
A —— 單股電纜的橫截面（單位為mm2）
a —— 電纜材料電阻率的溫度系數(shù)1/K，例如：銅α=0.0039 1/K
Tmax – Tmin ——zui大使用溫度范圍

5.2 電纜溫度影響引起的稱量變化

為了確定溫度對(duì)電纜影響引起的稱量變化限值，應(yīng)考慮對(duì)稱重儀表溫度試驗(yàn)的結(jié)果。溫度引起的zui大稱量誤差不應(yīng)大于衡器zui大允許誤差值乘以pi的三分之一。

Dspan（DT） ≤ pi × mpe - Emax（DT）

其中：Dspan（DT） —— 溫度變化對(duì)電纜影響引起的稱量變化值。Dspan（DT） 必須滿足以下條件：

Dspan（DT） ≤ 1/3 （pi ×| mpe|）

如果稱重儀表不能滿足這些條件，電纜zui大電阻即電纜zui大長度必須減少，或者必須選擇大的橫截面電纜。應(yīng)對(duì)稱重儀表與稱重傳感器或稱重傳感器接線盒之間的附加電纜（只適用于使用六線制系統(tǒng)的稱重儀表，例如反饋補(bǔ)償系統(tǒng)）做下列規(guī)定：

材料（銅、鋁等）、長度（m）、截面積（mm2）、或材料（銅、鋁等）固定后規(guī)定的電纜長度（m/mm2）、或每路電纜的zui大電阻。