模拟式电子汽车衡技术分析与故障诊断

引 言 电子汽车衡 ( 以下简称汽车衡 ) 是大型称重计量器具， 也是目前成熟的一种称重计量器具，使用范围广，并且大 多数用于贸易结算。在使用过程中，由于其秤量大，使用 频繁，使用环境恶劣等因素，因此会经常出现故障。尤其 是其传感器在频繁使用中，会逐渐老化，并且各个传感器 老化程度不一致，使得传感器的灵敏度不一致，导致汽车 衡的偏载准确度受到影响。这种情况很多检修人员都碰到 过，并且都会很自然的认为，调节接线平衡盒就好了。但 如果其中某一传感器的灵敏度变动过大，调节接线平衡盒 是无法把整个汽车衡的偏载调平衡的，并且还会影响整体 称量的准确度。本文对常用汽车衡的传感器以及接线平衡 盒原理进行分析，讲解如何通过使用数字万用表对汽车衡 做出简单快速准确的诊断。 1　传感器的分类及电阻应变式传感器的工作原理 首先称重传感器的作用是将力变成电信号。称重传感 器的种类分为电阻应变式、电容式和电感式等。本文主要 分析的是汽车衡常用的电阻应变式传感器。 电阻应变式传感器是由弹性体、电阻应变片、电桥电 路、补偿电路等组成。 电阻应变片结构：在绝缘胶片上用电镀的方法镀上一 层合金材料，再用蚀刻的方法按一定的规则刻出电阻网 栅。当将胶片拉长 ( 非常微弱的变化 ) 时，电阻值变大； 缩短时，电阻值变小。 导体的电阻值 R=ρ(L/S) ρ：材料的电阻率 ( 导电率 ) L：材料的长度 S：材料的横截面积 由此可知，导体的电阻值与其长度 L 成正比 ( 长度越 长，电阻越大 )，与其横截面积成反比 ( 横截面积越大， 电阻越小 )。 弹性体：将外力转换成弹性体物理尺寸的变化。 应变片：将物理尺寸的变化转成电阻值的变化。 电桥电路：将电阻值的变化转换成电压信号的变化。 W 为施加在传感器上的力，当 W=0 时，4 个电阻应变 片阻值相等，电桥平衡，Uo=0。 W ≠ 0 时，R2、R4 受拉力，电阻变大 R ＋ &R R1、R3 受压力，电阻变小 R-&R UA=Ui ×(R4 ＋ &R)/(R1 ＋ R4) UB=Ui ×(R3-&R)/(R2 ＋ R3) 因为 4 个电阻应变片阻值相等，得 R1=R2=R3=R4=R， 导出以下算式： Uo=UA-UB=Ui ×&R/R 设：k1=Ui /R 则：Uo=k1×&R。 由上式可知：传感器的输出电压信号与应变片电阻 值的变化量 &R 成正比，而 &R 又与弹性体的变化量成正 比，弹性体的变化量与外力 W 成正比，因此 W=k×&R=k×U0 只要测出 Uo，即可知到外力 W，从而完成力 W 到电 压 Uo 的转换。 由电路图得出结论： a. 传感器的输出电阻等于应变片的初始电阻值。 b. 传感器的输入电阻一定大于输出电阻值 ( 一般大 50 ～100Ω)。 c. 传感器为一纯电阻无源器件，可交流或直流供电。 d. 传感器的输出极性是依据弹性体的正常受力方向而 标注的，当受力方向反转时，其输出极性也自动反转，传 感器性能不变。 由前面得知，传感器的输出电压： Uo=Ui ×&R/R其中 Ui=Va-Vb 即：传感器内部电桥两端点的电压。