地磅由多個(gè)稱重傳感器組成,相比由單個(gè)傳感器組成的稱重系統(tǒng),重量的計(jì)算更加復(fù)雜。除了線性度校 準(zhǔn),還需要進(jìn)行角差修正。在模擬傳感器組成的地磅調(diào)試時(shí),需要通過(guò)調(diào)整各路傳感器的角差調(diào)整電位器進(jìn)行角差修 正。目前應(yīng)用廣泛的數(shù)字式傳感器為角差修正提供了更多方法。在分析了數(shù)字式地磅產(chǎn)生誤差的原因后,基于目 前常用的線性方程組法,提出了用最小二乘法進(jìn)行角差系數(shù)優(yōu)化的方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,此方法可以提高 數(shù)字式地磅的稱量準(zhǔn)確度。

1.引言

地磅在大宗貨物計(jì)量中發(fā)揮著重要作用。相比于早 期使用的機(jī)械式地磅,地磅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,精度更 高,漸漸取代了機(jī)械式地磅。地磅主要由稱重傳感器、

秤體和稱重顯示儀表三個(gè)部分組成,并可按用戶需求,選配大屏 幕、打印機(jī)、欠件管理系統(tǒng)、終端機(jī)等。按傳感器輸出信號(hào)地磅可分為模擬式電子汽車衡和數(shù)字式地磅。在模擬式地磅稱重時(shí)，稱重傳感器輸出與重量成比例的電壓信號(hào),再 通過(guò)接線盒將各路的電壓信號(hào)進(jìn)行累加，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn) 換后,變?yōu)榭捎蓡纹瑱C(jī)處理的數(shù)字信號(hào),最后由儀表或大屏幕顯 示稱重?cái)?shù)據(jù)。

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字式地磅得到廣泛應(yīng)用。

與模擬式地磅相比,數(shù)字式地磅采用數(shù)字稱重傳感 器。數(shù)字式稱重傳感器將電橋、電壓信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換及微處理 器集中到一起,通過(guò)傳感器接口輸出的信號(hào)為單片機(jī)可直接處理的數(shù)字信號(hào)。以QS系列為例， 數(shù)字稱重傳感器實(shí)現(xiàn)了零點(diǎn)平衡調(diào)整,零點(diǎn)溫度漂移補(bǔ)償,靈敏 度補(bǔ)償,靈敏度溫度補(bǔ)償,輸出一致性調(diào)整和電阻非線性補(bǔ)償。 數(shù)字稱重傳感器可直接輸出RS485信號(hào),抗干擾能力更強(qiáng)。為 區(qū)分同一臺(tái)地磅下的不同稱重傳感器,每個(gè)數(shù)字稱重傳感器都 有各自的地址。通過(guò)單片機(jī)和各路數(shù)字稱重傳感器通訊,即可獲 取每個(gè)傳感器的內(nèi)碼值。

偏載誤差是影響地磅的稱量精度的重要原因之一，角差 修正在汽車衡的安裝調(diào)試中非常重要。模擬式地磅在進(jìn)行 校準(zhǔn)時(shí),為了修正角差，需要反復(fù)調(diào)整各路傳感器的角差調(diào)整電 位器，這種方法需要人工操作,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,稱重結(jié)果誤差較大。當(dāng) 前,數(shù)字式地磅稱重儀表中，大都采用對(duì)每個(gè)傳感器壓角， 求解線性方程組或手動(dòng)輸入的方式進(jìn)行角差修正。這種方式獲得 的角差系數(shù)和壓角位置有關(guān),無(wú)法獲得最優(yōu)解。獲取更優(yōu)的調(diào)整 參數(shù)是減小偏載誤差的途徑之一。

2.地磅稱重原理

一個(gè)平面由多個(gè)支點(diǎn)撐起，假設(shè)平面足夠平整，無(wú)受力變 形,為理想平面,并忽略平面的重量。那么在此平面上加載重量 W,每個(gè)支點(diǎn)的支撐力為Ft,則存在以下等式：

數(shù)字式地磅可以以此為模型，每個(gè)支點(diǎn)都裝有數(shù)字 稱重傳感器。經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路調(diào)整及補(bǔ)償,數(shù)字稱重傳感器輸出內(nèi) 碼值。此內(nèi)碼值與傳感器所受的力相關(guān)[6。其輸出線，內(nèi)碼值與重 量,如圖1所示。

中橫坐標(biāo)為傳感器上承受的重量，縱坐標(biāo)為傳感器輸出 的內(nèi)碼值。理論上,輸出的總內(nèi)碼值與所承受的重量成比例關(guān)系， 不能直接相等。假設(shè)施加在各個(gè)傳感器的重量為^傳感器的內(nèi) 碼值為足,零點(diǎn)總輸出為

3.角差形成原因及修正

3.1角差形成原因

角差系數(shù)的修正影響到地磅的精確度。由于稱重傳感器 在安裝過(guò)程中,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、工藝問(wèn)題都會(huì)引起誤差。即使是同型號(hào) 的傳感器,也無(wú)法做到完全一致,且傳感器的靈敏度也有一定的 差異I在實(shí)際運(yùn)用中,傳感器輸出的內(nèi)碼值與其承載的重力的關(guān) 系,如圖2所示。

3.2角差修正原理

為了修正角差帶來(lái)的誤差，需要求出每個(gè)傳感器的角差系 數(shù)ft。求解ft的過(guò)程即為角差修正過(guò)程。在地磅秤體安裝后， 需要查看各個(gè)傳感器的內(nèi)碼值，防止內(nèi)碼值數(shù)值差距過(guò)大,尤其 應(yīng)防止蹺蹺板現(xiàn)象。在完成以上檢查之后,要進(jìn)行零點(diǎn)確認(rèn)。當(dāng)秤 體空載時(shí)，由于稱臺(tái)自身的重力和傳感器安裝,傳感器輸出一個(gè) 內(nèi)碼值X0i,即零點(diǎn)輸出值。目前常見(jiàn)的數(shù)字式稱重儀表,多利用 多維方程組來(lái)得出角差系數(shù)的值。其原理如下：

對(duì)于由n個(gè)傳感器組成的地磅，需要在不同的受力點(diǎn)加 載n次重量。取K=1,這樣可以得到：

4.實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為檢驗(yàn)線性方程得出結(jié)果的精確度，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖3 所示。

秤臺(tái)長(zhǎng)12m,寬3.2m。秤臺(tái)安裝有6支QS-D10-40tH 數(shù)字稱重傳感器。該傳感器具備通訊地址,將傳感器地址設(shè)置,如 圖3所示。將傳感器接入接線盒,再通過(guò)RS485協(xié)議與控制器之 間通訊。實(shí)驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)砝碼為M2等級(jí)1t。在開(kāi)始標(biāo)定前,需要 對(duì)傳感器內(nèi)碼值進(jìn)行比較,防止秤體安裝不平,這有利于秤體的 調(diào)平工作。安裝良好的秤體,外圈1、2、5、6號(hào)傳感器的內(nèi)碼值接 近，內(nèi)圈3、號(hào)傳感器的內(nèi)碼值接近,且與外圈傳感器內(nèi)碼值為 —倍左右。秤體安裝完畢后,連接傳感器與控制器,開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

首先對(duì)稱重系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)確認(rèn),空秤狀態(tài)下,待稱臺(tái)穩(wěn)定后 記下各傳感器的內(nèi)碼值。然后進(jìn)行“壓角”操作,即將重物放在傳

5.結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，用最小二乘法進(jìn)行角差修正后的稱重 模型3,相比于“壓角”獲取的稱重模型2,誤差更小。這種方法計(jì) 算簡(jiǎn)單,可方便移植到微控制器中。用該模型計(jì)算稱重重量,可以 減小數(shù)字式地磅稱體安裝不平,傳感器靈敏度不一致導(dǎo)致 的誤差,提高地磅的稱量精度。