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稱重傳感器并聯組秤的偏載調試技術
稱重(zhong)傳感器并(bing)聯(lian)組秤的偏(pian)載調試技(ji)術
上海香川電(dian)子衡器有限公司
【摘 要(yao)】 本(ben)文(wen)分析了電(dian)阻應變式(shi)稱(cheng)重(zhong)傳感器并聯組秤的偏載誤差調試原理，重(zhong)點(dian)介
紹了(le)一些調整偏(pian)載(zai)誤差的(de)實用(yong)電路和實際(ji)調試時需注意的(de)事項。
一(yi)、引言
中(zhong)、大型電子衡器均由幾個電阻應(ying)變式(shi)稱(cheng)(cheng)重傳(chuan)感器（以(yi)下(xia)簡稱(cheng)(cheng)為(wei)稱(cheng)(cheng)重傳(chuan)感器）組成，
而稱重(zhong)顯示儀表則僅用(yong)一(yi)塊。對于幾個稱重(zhong)傳(chuan)感器(qi)組(zu)秤(cheng)的聯(lian)接有二種方式，即串聯(lian)組(zu)秤(cheng)
和并聯組秤(cheng)。由于電子技術的(de)飛躍發展(zhan)，單片(pian)機的(de)普及(ji)，稱(cheng)重儀表(biao)的(de)輸入(ru)靈敏度等(deng)性能
的極大提高(gao)，完全滿足了并聯組(zu)秤的技術要求，所以從上(shang)世(shi)紀80年代國內也淘(tao)汰了串
聯組秤(cheng)，普遍采用并(bing)聯組秤(cheng)方(fang)式。
然而由(you)于電子衡器(qi)受土建施工和機械安(an)裝的影響，易造成(cheng)各(ge)個稱重(zhong)傳感器(qi)受力的不
均勻(yun)。加之稱(cheng)重傳(chuan)感器的制造，雖經電(dian)路補償與調(diao)整，各項參數也不可(ke)能做到完(wan)全一致。
這樣有可能會給用多個稱重傳感器并聯工(gong)作的(de)電子(zi)衡(heng)器帶(dai)來不能接受的(de)偏(pian)載誤差(cha)。電子(zi)
衡器(qi)(qi)(qi)業(ye)內周(zhou)知偏載(zai)(zai)測試合格與(yu)否，是電子衡器(qi)(qi)(qi)能否通過檢定，正常使用的關鍵一項(xiang)。因此分(fen)析稱重傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)并聯組秤時偏載(zai)(zai)調試的原理，減小偏載(zai)(zai)誤差，探討(tao)有效合理的調試方法十分(fen)必要。
二、稱重(zhong)傳感器并聯電路簡析
1、一(yi)個(ge)稱(cheng)重傳感器的(de)電(dian)路(lu)(lu)稱(cheng)重傳感器是在(zai)彈性體(ti)(ti)上按照一(yi)定的(de)規律粘(zhan)貼電(dian)阻應變片(pian)且(qie)接成電(dian)橋(qiao)電(dian)路(lu)(lu)形式。為使多項(xiang)技術參數達到(dao)要求，還(huan)需逐個(ge)進行電(dian)路(lu)(lu)補(bu)償與(yu)調(diao)整(zheng)，加一(yi)些補(bu)償電(dian)阻。
R1、R2、R3、R4 電阻應變片(pian) RZT 零點輸出溫(wen)度補(bu)償電阻
Ri 輸入(ru)阻抗補償電阻 RZ 零點輸出補償電阻
RL 線(xian)性補(bu)償電阻(zu) RO 輸出阻(zu)抗(kang)補償電阻(zu)
RS 靈(ling)敏度補(bu)償電阻 RST 靈敏度溫度補償電阻
根據戴維定(ding)理，一(yi)只稱(cheng)重傳感器的(de)電路可以等(deng)效為一(yi)個(ge)電壓(ya)源和與(yu)其(qi)輸出(chu)阻抗(kang)串聯(lian)
的電路e是稱(cheng)重傳感(gan)器(qi)受載后產生的電壓(ya)信號，其大小正(zheng)比于稱(cheng)重傳感(gan)器(qi)的靈敏度系數K
和重量W的大小。RO是稱重(zhong)傳感器(qi)的輸(shu)出阻抗。如果在稱重(zhong)傳感器(qi)輸(shu)出端并接一個(ge)可調
電位器RW加以調整，則可使(shi)多個(ge)稱(cheng)重傳感(gan)器的輸出(chu)電壓相(xiang)等，即U01=U02=U0n。目前應(ying)用最(zui)多的偏載誤(wu)差調整(zheng)方法就是基(ji)于此原(yuan)理。
2、多(duo)個稱重傳(chuan)感器并聯的電路
多(duo)個(ge)稱重(zhong)傳(chuan)感(gan)器并(bing)(bing)聯連(lian)接電路。多(duo)個(ge)稱重(zhong)傳(chuan)感(gan)器的(de)輸(shu)(shu)入(ru)端并(bing)(bing)聯，由稱重(zhong)儀(yi)表(biao)里的(de)直流穩壓電源供(gong)電作為橋(qiao)壓，輸(shu)(shu)出端也并(bing)(bing)聯，輸(shu)(shu)出信號電壓至稱重(zhong)儀(yi)表(biao)。
n只稱重傳感(gan)器并(bing)聯輸出的(de)等效(xiao)電(dian)路(lu)。ei為(wei)第i個稱重傳感器輸出端開(kai)路(lu)的輸出電壓。R0i為第i個稱重傳(chuan)感(gan)器在電(dian)壓源短路(lu)的輸出電(dian)阻(zu)。e為n個(ge)稱重(zhong)傳感器并聯(lian)后的(de)總的(de)輸(shu)出電壓(ya)。
由上式可以看出(chu)，對于(yu)用n個稱重傳感器并聯組成的電子衡器，Σ=niiR101必然是一(yi)個
確定的常數，它不(bu)會給電子衡器(qi)造成偏載誤差。而Ki和R0i的(de)分散性(xing)卻會直(zhi)接影(ying)響(xiang)e和w
成正(zheng)比的(de)關系。也就(jiu)是說，只(zhi)有當多個稱(cheng)重傳感器的(de)靈敏度系數Ki和輸出阻抗R0i都相等，
或者它們的比值iiRK0相(xiang)等時，才能保證同一載荷W在電子(zi)衡器(qi)臺面不(bu)同的位(wei)置上，顯示(shi)
值一致(zhi)，即無(wu)偏載(zai)誤差。顯然多個稱重傳感(gan)器并聯(lian)組秤所必須(xu)具備的(de)條件(jian)是(shi)各(ge)稱重傳感(gan)
器(qi)的(de)iiRK0比值(zhi)一致。但(dan)由于大批量生產制造出(chu)來(lai)的(de)同一系列同規格稱重傳(chuan)感器的(de)靈敏度
系數和輸出阻抗存在一定離散性是不可避免的，加之土建施工(gong)、機(ji)械安裝因素，所以多
個(ge)稱(cheng)重傳(chuan)感(gan)器并聯組秤(cheng)都需(xu)要設置接(jie)線(xian)調(diao)整盒(he)來(lai)解決(jue)偏載誤差問題。
三、實用的調整電路
稱(cheng)重(zhong)(zhong)傳(chuan)感器并聯(lian)組(zu)秤時(shi)，常用的(de)(de)(de)(de)偏載誤差(cha)調(diao)整(zheng)的(de)(de)(de)(de)方式(shi)。眾所周知(zhi)，稱(cheng)重(zhong)(zhong)傳(chuan)感器生產制造(zao)時(shi)對各種技術參數(shu)的(de)(de)(de)(de)補償修正都是對稱(cheng)調(diao)整(zheng)實(shi)施的(de)(de)(de)(de)。例如(ru)靈敏度系數(shu)調(diao)整(zheng)電(dian)阻就是以(yi)對稱(cheng)形式(shi)連接在輸(shu)入(ru)端的(de)(de)(de)(de)兩邊。所謂電(dian)壓調(diao)節(jie)方式(shi)，實(shi)質上(shang)是微調(diao)其(qi)靈敏度系數(shu)，故也應該(gai)以(yi)對稱(cheng)形式(shi)出現在輸(shu)入(ru)端。
上世紀90年代金鐘公(gong)司生產的靜(jing)態電子軌道衡(heng)就是采(cai)用(yong)（a）方式(shi)，是在(zai)多個
稱重傳感器輸入端各串接一對精密電位器（RW=20Ω），對多個稱重(zhong)傳感器(qi)得到的激勵(li)
電(dian)壓作(zuo)細微的調整，從而改變其靈敏(min)度系數(shu)，以使各稱重傳感器的Ki/Roi比值趨于一(yi)致(zhi)，
消除偏載誤(wu)差。
（b）為一(yi)進(jin)口稱重設備上接(jie)線盒中的電路。一(yi)是在多個稱重傳感器輸(shu)出(chu)端串
聯一(yi)對誤(wu)差小(xiao)0.05%的(de)精密電阻（2.5K～5K）。精密電阻阻值遠大(da)于稱重(zhong)傳感器的輸(shu)出
電阻(zu)，從而(er)相對(dui)有效地減小(xiao)稱重傳感器輸(shu)出電阻(zu)的離散程(cheng)度。二是(shi)在(zai)輸(shu)入端(duan)兩邊對(dui)稱的
串(chuan)接三個(ge)小(xiao)阻(zu)值的(de)精密電阻(zu)，每個(ge)電阻(zu)有短接焊點，供(gong)調整之用。實質上(shang)是改(gai)變每個(ge)稱
重(zhong)傳感(gan)器(qi)所得到的(de)激勵電壓值的(de)大小，微調其(qi)靈敏度系(xi)數，達到各稱重(zhong)傳感(gan)器(qi)的(de)Ki/Roi比
值一致。實際使用(yong)情(qing)況表明，這種調整(zheng)方(fang)法相對比用(yong)電位器（a）的長期穩定性(xing)
要好(hao)。上(shang)二種調(diao)整(zheng)方式，在調(diao)試時要注意(yi)兩邊對稱調(diao)整(zheng)。早期有些調(diao)整(zheng)電(dian)路(lu)僅(jin)在輸入(ru)端(duan)
單邊(bian)串接一只精(jing)密電位(wei)器，易造成(cheng)稱重傳感(gan)器中點(dian)(dian)電位(wei)的差異，對輸出(chu)零點(dian)(dian)和稱量精(jing)度(du)
都會帶來影響，這是(shi)不提(ti)倡使用(yong)的。
（c）是(shi)多個(ge)稱重傳感器并聯組秤普遍采用(yong)的一種調(diao)整電(dian)路。電(dian)阻R是為了防
止(zhi)電位器(qi)Rw短路而(er)設，精密電(dian)阻Rg為(wei)隔離電阻，將(jiang)各稱重傳感(gan)器經調整后的電壓隔
離開來，稱(cheng)重(zhong)傳感器輸(shu)出電(dian)壓經過各自的隔離電(dian)阻，并聯起來送至稱(cheng)重(zhong)儀表。顯然，通(tong)
過改變Rw可以使(shi)各(ge)個稱(cheng)重(zhong)傳(chuan)感(gan)器輸出(chu)電壓趨于一致，加(jia)之隔離電阻(zu)也能起到減小稱(cheng)重(zhong)
傳感器輸出(chu)電阻離散(san)程(cheng)度(du)的作用，這樣(yang)有效的消(xiao)除了偏載誤差。實際使(shi)用時的接(jie)線、（未畫出(chu)TVS管）。此法(fa)我(wo)們最早見于(yu)上世紀(ji)80年代中托利多公司生(sheng)產的電子汽車(che)衡(heng)中，后被大(da)家(jia)接受，廣泛(fan)使用。
可以明顯的看出(chu)來(lai)(lai)，和近來(lai)(lai)有些文章中所給(gei)出(chu)的電流調節方式的電路（《衡器》2010
年5期(qi)26頁相(xiang)(xiang)比，雖然(ran)電路(lu)參數(shu)相(xiang)(xiang)同，但其作用效果大不一樣。在(zai)不考慮其他并(bing)
聯(lian)稱重傳感器的(de)影響情況下(xia)，畫出(chu)二種等效(xiao)電路(lu)，以輸出(chu)電阻RO=700Ω的稱(cheng)重傳感器為(wei)
例，調(diao)節范圍(wei)為：-0.3%～-6.5%，調整(zheng)量為6.2%。《衡器》2010年5期第26頁的等效電路調節范(fan)圍為：-2.6%～-36.3%，調整量為33.7%。近年來國(guo)產稱重(zhong)傳感(gan)器質量普遍(bian)提高(gao)，尤(you)其是幾(ji)個大廠(chang)的，完全滿(man)足并聯(lian)組秤(cheng)的要求。
不知設(she)計如此(ci)之大的調整量有何用？且一開始會造成稱重傳感(gan)器輸出信號電壓衰減近3％，真令(ling)人難(nan)以理解。主要(yao)是(shi)隔(ge)離電阻(zu)起不(bu)到隔(ge)離電阻(zu)應有(you)(you)的(de)作用。開(kai)始我們臆斷，可能(neng)是(shi)作者粗(cu)心(xin)把隔(ge)離電阻(zu)的(de)位置畫錯了(le)，或者是(shi)印刷有(you)(you)誤。然而我們在先后不(bu)同的(de)三(san)篇文章(zhang)（中(zhong)國計量(liang)2009-5-91頁，計(ji)量技術2009-12-58頁(ye)，衡器2010-5-26頁）中(zhong)都看到是同樣(yang)的表述，不知作者是否(fou)實際使(shi)用過這種調整(zheng)方(fang)式，我們推測，如(ru)不是特例。
四、實際(ji)調(diao)試(shi)時(shi)應(ying)注意(yi)事項
1、選配(pei)稱重傳感器
因為多(duo)個(ge)稱重傳感器的iiRK0比值相等(deng)是并聯組秤的(de)必備條件，所以要有意識的(de)盡量
選擇靈敏(min)度系(xi)數Ki和輸出電阻(zu)Ro的數值(zhi)接近一致(zhi)的稱(cheng)重傳(chuan)感器作(zuo)為一組，供并聯(lian)組秤(cheng)
用。不(bu)要(yao)依賴有調整電(dian)路，隨意地取幾(ji)個進行組合，這樣有可能會給偏載調試帶來(lai)麻煩。
2、檢查稱重傳感器受(shou)力情況
在實際(ji)調試時(shi)，當發現偏載誤差較大時(shi)，應首先(xian)檢查(cha)和排除因(yin)基礎施工(gong)和機(ji)械傳(chuan)力
機構安裝不(bu)當所造成的故障。比(bi)如固(gu)定稱重(zhong)傳(chuan)感器的承重(zhong)底(di)板(ban)的水平(ping)和(he)高差是(shi)否達到設(she)
計標(biao)準要(yao)求(qiu)，各稱重傳感器受力是否正(zheng)確，找(zhao)出(chu)產(chan)生偏載誤差的真正(zheng)原因，不要(yao)輕率地
就進行(xing)調整，因為一般(ban)調整電路的可調范圍不大(da)，這(zhe)樣往往會無功而(er)返，即使(shi)能(neng)夠調好
也(ye)會留有隱患(huan)，尤其是對(dui)于新安裝(zhuang)的秤。
3、接線盒與稱重傳感(gan)器匹配(pei)的確(que)認
要檢查一下接(jie)線(xian)(xian)盒內的調(diao)整電(dian)路是否與稱重傳感器的輸出電(dian)阻相匹配(pei)。接(jie)線(xian)(xian)盒（圖
六C）是批量生產(chan)的(de)通用標準配件，供輸出(chu)電(dian)阻為(wei)350Ω～1000Ω的多(duo)種稱(cheng)重傳(chuan)感(gan)器并
聯組(zu)秤時，偏載調(diao)試用。但對于輸(shu)出電阻為4KΩ的稱重傳(chuan)感器(qi)就不適合了，需(xu)重新配
置調(diao)整電(dian)(dian)路中的電(dian)(dian)阻。另(ling)外，接線盒中的多個電(dian)(dian)位器在調(diao)試(shi)前，應注意檢查是否處于(yu)中
間位置，以(yi)便可以(yi)向(xiang)兩個方向(xiang)調整。首先(xian)用(yong)約等于(yu)（Max/N-1）值的穩定(ding)載荷(he)把N個(ge)承
重點檢測一遍，記錄下(xia)N個數據，然后依照“少(shao)數服從(cong)多(duo)數，向中間(jian)值靠(kao)攏”的(de)原則進行(xing)
調(diao)試，這樣可使N個數據盡快趨于(yu)一(yi)致，順利完(wan)成(cheng)偏(pian)載誤差(cha)的調試檢(jian)定工作。
五、結(jie)束語
電子衡器的偏載測試是檢定工作中至(zhi)關(guan)重要的一項，在實際操作中，從業(ye)人員能對
偏載誤差產生的原(yuan)因作出正(zheng)確的判斷，明確調整(zheng)的原(yuan)理，掌握行(xing)之有效的調整(zheng)方(fang)法是十
分必要(yao)的。
