传感器——地磅的“心脏”
经过数十年的发展，传感器以及偏载调试电路经过了数次变革，取得了卓越的成就。但是在平常使用过程中，很多工程师并不是很注重传感器的计算选择，从而造成了很多传感器错选的现象，导致衡器测量进度降低。而常用的偏载调整电路，则存在不能长期保持稳定及不能独立采集和在线监测并联组秤里面单个传感器的承重状态的弊端。

想要提高“以传感器为核心”的信息准确采集精度，就要知道如何确定传感器的准确度，以及提供一种能够长期稳定并且能够独立采集单个传感器承重状态的电路。

如何确定传感器的准确度

传感器的准确度是一个综合概念，需要有一组量值共同构成。构成准确度的量值来自两个方面：一方面是按统一性要求由衡器分解而来的，如安全极限负荷、最大秤值、最小静负荷等，我们称这组量为基本量；另一方面是来自传感器性能，如误差、分度值等。

基本量的确定基本量的确定方法如下：

（l）测量范围：由所组地磅的最大秤量分解(要考虑到最不利的分配因素)而来。例如，多传感器地磅的最大秤量与传感器的测量范围相等一台地磅中用了多个传感器，那么由各传感器测量范围合成为衡器的最大秤量。

（2）安全极限载荷：考虑到衡器受到冲击、振动、不均分配等过载因素后所需的最大承载值。通常，非自动衡器用传感器的安全极限载荷是最大测量范围的 1.6~2 倍，自动衡器用传感器的安全极限载荷是最大测量范围的 1.25~1.6 倍，即安全系数。有时，安全极限载荷不便确定，则可先确定测量范围，再乘以安全系数得到该值。

（3）最小静负荷：每一种称重传感器都有其较具体的应用领域，传感器的最小静负荷与衡器零点是同一概念，因此可由该类衡器中承载器的最小可能值计算最小静负荷。

（4）最大秤量：最大测量范围与最小静负荷之和。有了以上四个基本量,可以对传感器进行初步的选择。

初步选择传感器之后，则要检测传感器准确度，以检验所选用的传感器是否满足准确度要求。准确度的确定（1）按 R60 国际建议做全部试验操作。

（2）用常温测量的最小静负荷点进程测量平均值，最大测量范围 75%左右点的测量均值为参考点作出计算偏差的参考直线。

（3）在最小静负荷点及其最近测试点的全部数据中选最大偏差，将其除以 0.35 得到 V1 值；选最大秤量点全部数据中的最大偏差并除以 1.05 得 V2；选最大测量范围 1/2 点全部数据中的最大偏差并除以 0.7 得 V3(若预计分度数大于 4000，则除以 1.05)；最后在 V1、V2、V3 中选最大值作为分度值的预选值，记为 V。

（4）用最大秤量与最小静负荷的差值除 V，得到分度数 n 的预选值，记为 n。用 n将测量范围分段，若此时其他各测量数据均符合允差要求，则 n=n，否则应根据超差点的数据计算压缩比 k（k<1），得到 n=km。
选定传感器
监测传感器准确度是否符合要求，如符合要求则确定使用，如果不符合要求则重新选用，重复以上步骤。

传感器电路

现在最为常用的称重传感器是电阻应变式称重，下文便以该传感器为例，介绍传感器电路。单个电阻应变式称重传感器的电路电阻应变式称重传感器是在弹性体上按照一定的规律粘贴电阻应变片且接成电桥电路形式。

为了满足多项技术参数达到要求，就需加一些补偿电阻。

根据戴维定理，一只称重传感器的电路可以等效为一个电压源和与其输出阻抗串联的电路。 e 是传感器受载后产生的电压信号，其大小正比于传感器的灵敏度系数 k 和重量 W 的大小。

R0 是传感器的输出阻抗。如果在传感器输出端并接一个可调电位器 Rw，加以调整，则可使多个传感器的输出电压相等，即U01=U02=U0n。目前应用最多的偏载误差调整方法就是基于此原理。

多个传感器并联的电路

多个传感器的输入端并联，由称重仪表里的直流稳压电源供电作为桥压，输出端也并联，输出信号电压至称重仪表。

n 只传感器并联输出的等效电路，ei 为第 i 个传感器输出端开路的输出电压，Roi 为第 i 个传感器在电压源短路的输出电阻，e 为 n 个传感器并联后的总的输出电压。
并联输出等效电路的节点电压方程式为：

因为 ei=kiwi 所以

由上式可得，对于用 n 个传感器并联组成的电子衡器，

是一个确定的系数，它不会给电子衡器造成偏载误差。而 Ki 和 R0i 的分散性却会直接影响 e 和 w 成正比的关系。因此，只有当多个传感器的灵敏度系数 Ki 和输出阻抗 R0i 都相等，或者它们的比值

相等时，才能保证无偏载误差。显然多个称重传感器并联组秤所必须具备的条件，就是各传感器的比值一致。

但由于大批量生产制造出来的同一系列同规格称重传感器的灵敏度系数和输出阻抗不可避免地存在一定离散性，所以多个称重传感器并联组秤都需要设置接线调整盒来解决便在误差问题。

现在实用的调整电路

称重传感器并联组秤时，常用的偏载误差调整的方式如图 1 所示。

称重传感器生产制造时对各种技术参数的补偿修正是对称调整实施，所谓电压调节方式，实质上是微调其灵敏度系数，故也应该以对称形式出现在输入端。

图 1(a)方式，是在多个称重传感器输入端各串接一对精密电位器(Rw=20Ω)，对多个传感器得到的激励电压作细微的调整，从而改变其灵敏度系数，以使各传感器的比值

趋于一致，消除偏载误差。图 1(b)是在多个称重传感器输出端串联一对误差小 0.05% （2.5K~5K）阻值远大于传感器的输出电阻，从而相对有效地减小传感器输出电阻的离散程度。二是在输入端两边对称的串接三个小阻值的精密电阻，每个电阻有短接焊点，来改变每个传感器所得到的激励电压值的大小，微调其灵敏度系数，使各传感器的比值

一致。实际使用情况表明，这种调整方法相对比用电位器（图 1(a)）的长期稳定性要好。图 1(c)是多个称重传感器并联组秤普遍采用的一种调整电路。电阻 R 可以防止电位器 Rw 短

路；精密电阻 Rg 为隔离电阻，将各传感器经调整后的电压隔离开来；传感器输出电压经过各自的隔离电阻，并联起来送至称重仪表。显然，通过改变 Rw 可以使各个传感器输出电压趋于一致，加之隔离电阻也能起到减小传感器输出电阻离散程度的作用，这样有效的消除了偏载误差。实际使用时的接线如图 2 所示（未画出 TVS 管）。

偏载调整监测电路

基于以上分析，本文提出一种偏载调试调整监测电路，既能够达到信号长期稳定的效果，还能够对单个传感器进行实时监测，如图 3 所示。

（1）在这个电路中，借鉴图 1（b）和图 2 两种方案，在输出端并联五个串接的电阻，每个电阻有短接焊点，可供调整，改善了图 2 方案中，因电位器而引起的长期稳定性较差的弊端。

（2）采用“信号分离器”

随着计量设备智能诊断技术的发展，传感器输出信号并联方法无法独立采集，限制了智能测控技术的应用。仅靠人工经验，不仅在线管理难度大、成本高，而且无法及时掌控设备的工作状态。

图中“信号分离器”不但能够实现将输出端并联的作用；而且还能够分离各个传感器的输出信号。

随后采用称重传感器累计量校准方法来判断称重传感器在线状态，判断出称重传感器的称重累计量误差趋势，从而判断出误差的部位和所在传感器系统，达到监测的目的。

最后由监测所得结果，对称重系统及时进行改进，提高称重系统的精度和稳定性。

掌握传感器准确度确定的方法，能够使得设计工程师选择合适的传感器。全新的偏载调试监测电路可以提高传感器的检测精度，并且能够及时监测和判断故障部位，从而进行修复。整个过程，以传感器为核心，可以有效减小传感器测量误差，提高衡器的测量精度和稳定性。