如何使電子汽車衡顯示器與秤體之間數(shù)據(jù)線的限制

電子汽車衡顯示器與秤體之間數(shù)據(jù)線的限制

上海鷹衡

一、前言

電子汽車衡這類大型衡器的稱重顯示器與傳感器或接線盒之間往往需要用較長(zhǎng)的電纜來(lái)連接。*，由于溫度變化對(duì)電纜電阻值的影響，會(huì)使傳感器供橋電壓發(fā)生變化，引起測(cè)量誤差。國(guó)外一些稱重顯示器廠家早就對(duì)其連接電纜的阻值或長(zhǎng)度提出了限制?，F(xiàn)OIML R76號(hào)建議對(duì)此也提出了要求。

但是我想很多人不會(huì)考慮到，對(duì)連接電纜阻值或長(zhǎng)度的限制不僅與溫度有關(guān)，還與所連接的傳感器的輸入阻抗有關(guān)，與顯示器使用的分度數(shù)有關(guān)。

二、電纜“誤差”

這里所謂的電纜“誤差”，是指稱重顯示器與傳感器或接線盒之間連接電纜的阻值因溫度改變帶來(lái)的測(cè)量誤差。傳感器在出廠前必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償才能使計(jì)量指標(biāo)在所要求的使用溫度范圍達(dá)到所規(guī)定的要求，通常對(duì)傳感器的的溫度補(bǔ)償分為不帶電纜和帶有連接電纜。但連接電纜長(zhǎng)度一般不超過(guò)三米。在實(shí)際使用中這樣的長(zhǎng)度往往不能滿足要求。特別大型衡器連接電纜長(zhǎng)度往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米、甚至上百米。這樣長(zhǎng)的電纜電阻壓降不僅使傳感器的實(shí)際供橋電壓明顯小于供橋電壓的名譽(yù)值，即顯示器的輸出端的供橋電壓。而且由于溫度變化引起電纜阻值的變化，也會(huì)造成明顯的測(cè)量誤差。

電纜在稱重系統(tǒng)中不是一個(gè)獨(dú)立的組件，它本身不能完成特定的測(cè)量功能，也無(wú)法對(duì)它的影響進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)定。但它是稱重顯示器*的部分、是稱重系統(tǒng)的一部分。在稱重系統(tǒng)中，傳感器是一個(gè)獨(dú)立組件，而顯示器加上電纜構(gòu)成另一個(gè)組件。顯示器的誤差與電纜的誤差是相關(guān)的，根據(jù)誤差合成理論，這兩項(xiàng)的誤差計(jì)算應(yīng)服從代數(shù)和相加(參看圖1)。對(duì)衡器而言，zui大分度數(shù)nmax與zui大載荷loadmax和分度值e，則

e=maxmaxnload 衡器的誤差分量系數(shù)，對(duì)于顯示器通常取得Pi=0.5。圖1給出了顯示器的Es，電纜zui大誤差Ecable·max和顯示器zui終值的誤差Emax，則有

Es+Ecable·max≤Emax

電纜誤差相對(duì)于zui大量程的百分誤差可表示為

Ecable·max％=%100Pmaxienmpe⋅⋅⋅－Es％

電纜的zui大允許誤差是根據(jù)Es的大小而定。

三、電纜的zui大長(zhǎng)度

根據(jù)上面確定的Ecable·max值，用實(shí)驗(yàn)方法或計(jì)算方法來(lái)確定電纜的zui大長(zhǎng)度或zui大阻值。

1、實(shí)驗(yàn)法

首先測(cè)量在無(wú)連接電纜時(shí)(Rc=0)，顯示器在zui小載荷loadmix和zui大載荷loadmax的顯示值為DO1和DO2。并計(jì)算無(wú)連接電纜時(shí)的量程差。

S1= DO2- DO1

其次測(cè)量連接模擬阻值為R電纜時(shí)(Rc=R)。顯示器在zui小載荷loadmix和zui大載荷loadmax的顯示值DR1和DR2，計(jì)算有連接電纜時(shí)的量程差。

S2=DR2-DR1

再計(jì)算出有無(wú)連接電纜時(shí)，顯示器的量程改變值為

ds=S2-S1

和量程改變值的相對(duì)百分值為

ds％=100·ds/SL％

再根據(jù)接入電纜電阻值R，計(jì)算在連接模擬電阻情況下，每歐姆(ohm)的量程改變的相對(duì)百分值為

Sx= ds％/R [％每歐姆]

導(dǎo)線的電阻的物理表示為

R=ρ·L/q

其中ρ為導(dǎo)線的電阻率，ρ20=0.0169[Ω·mm2·m-1]為20℃時(shí)，銅的電阻率。L為導(dǎo)線長(zhǎng)度，q為導(dǎo)線的截面積。電阻隨溫度變化相對(duì)20℃時(shí)的關(guān)系式為

R=R20[1+α(t-20)]

對(duì)于面積為1mm2的銅線，當(dāng)溫度在20℃上下改變25℃時(shí)，α=4·10-3。此時(shí)的電阻值為

RΔ=R20(1±4·10-3·25) RΔ=R20(1±0.1)

由此可求出每改變25℃時(shí)，每歐姆的量程改變相對(duì)百分值為

Sx25=Sx·0.1[％每歐姆，每25℃]

用Rcable表示所允許的連接電纜的zui大電阻值，由此根據(jù)所確定的電纜誤差的相對(duì)值，可求出電纜的zui大允許電阻值和電纜的zui大長(zhǎng)度。參看圖2，此時(shí)電纜有兩根導(dǎo)線與傳感器的輸入端相接，則有

Ecable·max％=Sx25·2·Rcable

Rcable=Ecable·max％·2521xS⋅

Rcable=Ecable·max％·xS⋅⋅1.021

和Lcable=q·0.0169Rcable[m/mm2] 

2、計(jì)算法

由圖2可得以下諸關(guān)系式

(VVLC)=CLCLCRRR2+和每改變25℃時(shí)的(VVLC)25=)1.01(2±+RRRLCLC和(VLC/V)改變25℃時(shí)的相對(duì)變化的百分比值

cV=()()()VVVVVVLCLCLC///25−·100％

由于cV=Ecable·max％zui后可得 RC=RLC·()0.2220maxcablemaxcable±−⋅⋅％E％E[Ω]

另外， RC=ρ·L/q

則顯示器和接線盒或傳感器之間電纜的zui大允許長(zhǎng)度為：

Lcable·max=q·()[]0.2220ρmaxcablemaxcableLC±−⋅⋅⋅E％ER[m/mm2]

和 Rc·max=()maxcablemaxcableL8.120％cR⋅⋅⋅−⋅EE[Ω]

四、討論

1、由于％的確定是根據(jù)衡器或顯示器在使用時(shí)的zui大分度數(shù)nmax確定，只要進(jìn)一步考慮就可發(fā)現(xiàn)它還與所連接的傳感器輸入阻抗有關(guān)，還與顯示器在高溫限和低溫*的偏差值有關(guān)。 maxcable⋅E

2、Es值一般推薦根據(jù)在高溫*顯示器的偏差值Ehigh和低溫*顯示器的偏差值E10w的差值的一半來(lái)確度，即Es可選定為[owhighlEE−]/2。所以若顯示器的高、低溫示值已非常接近它的zui大允差值時(shí)，連接滿足允差長(zhǎng)度的導(dǎo)線也不一定能確保顯示器不超差。

3、高溫時(shí)由于導(dǎo)線電阻值增加，這會(huì)使加至傳感器的供橋電壓低于衡器在常溫(20℃或25℃)時(shí)供橋電壓，使顯示器顯值偏低。反之低溫時(shí)導(dǎo)線對(duì)顯示器顯值的影響相反。這種有時(shí)對(duì)傳感器的溫度特性是有利的，有時(shí)是不利的。

4、從以上討論可以看出對(duì)連接電纜的限制與顯示器和傳感器的溫度特性有關(guān)，對(duì)于需要測(cè)量的情況下，根據(jù)實(shí)際使用的溫度范圍和顯示器、傳感器的溫度特性仔細(xì)考慮或?qū)崪y(cè)來(lái)確定電纜的影響。下面給出一些參考數(shù)據(jù) 截面積mm2

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