1、研究耐高溫稱重傳感器組合方法的意義

    耐高溫稱重是近幾年發展起來的一項技術。由余姚市通用儀表有限公司生產制造的HSB系列耐高溫鋼包電子秤采用了多傳感器組合的模塊化結構，如量程為（1-300）t的HSB—A型鋼包秤采用150t傳感器4只，量程為（1-150）t的HSB-B型鋼包秤采用50t傳感器4只。該產品具有耐高溫（系統在≥250℃溫度范圍內長期穩定工作），抗沖擊（具有300%的抗沖擊能力）等特點。榮獲了寧波市科技進步獎，在國內冶金企業得到廣泛應用，享有較好的信譽。
    多傳感器組合技術在電子衡器中的合理應用，可為電子衡器創造較好的工作條件，改變輸入輸出的特性，降低電子衡器的能耗，提高系統的抗*力。因此，研究多傳感器的組合技術具有著重要的現實意義。

    2、耐高溫稱重傳感器的組合方法

    在電子稱重系統中采用多個傳感器時 ,常用的組合方式有串聯工作方式、全并聯工作方式、串并聯混合工作方式三種。
    2.1 串聯工作方式
    串聯工作方式是各個傳感器使用獨立電源單獨供橋 , 輸出端串聯連接的方式。如圖1所示

圖1 兩個傳感器的串聯工作方式

    設它們橋臂電阻分別為R1、R2, 靈敏度分別為S1 、S2, 供橋電壓分別為U1、U2，滿量程均為F。為了保證正常的串聯工作狀態，需要滿足S1U1=S2U2。同理，可證明當n個傳感器串聯工作時，為保證正常工作，也需要滿足S1U1=S2U2=…=SnUn。這就是串聯工作的基本條件。從這個公式中可以看出,對于串聯工作的傳感器，不管各個傳感器的參數如何,理論上都可以通過調整供橋電壓建立起正常的工作狀態。當然，實際使用中參數的離散性也不能太大。
    傳感器串聯工作的特點如下：
    1）假定對某一載荷W,用滿量程為F、靈敏度為 S 、供橋電壓為 U 的一個傳感器來測量，則得輸出U1=（SU/F）·W。如果以兩個傳感器串聯工作測量以上同一載荷,則當不考慮偏載等因素的理想情況下,可選用滿量程為（1/2）F的傳惑器。假定這兩個傳感器的靈敏度也為S,供橋電壓也為U, 則總輸出 Un=2U1。
    2）當兩個傳感器的橋臂電阻均為 R 時 ,串聯后輸出阻抗為：
    Rn=R+R=2R
    同理 , 也可證明 n 個傳感器串聯工作時有:
    Un=nU1        Rn = nR
    以上Un,Rn分別是n個傳感器串聯工作后的輸出信號和輸出阻抗。這兩個式子說明,當n個傳感器串聯工作時,可以比使用一個傳感器得到n倍的輸出,同時輸出阻抗也是一個傳感器的n倍。
    這在某些情況下,尤其是配接的稱重顯示器分辨率比較低時,會得到較的稱重結果。其缺點是串聯相接后,在直流供電的情況下，每個傳感器需要相互獨立的供橋壓電源,否則將破壞電橋電路的原有關系,增加了設備的復雜性和提高了成本。交流供電時,對稱重準確度要求較高的電子秤來說,其電源變壓器的次級繞組需*相同,這在實際制作時比較困難。再者,串聯后增大了傳感器的輸出阻抗，容易帶來干擾。目前國內電子秤中大部分仍采用這種連接方式，但國外已很少采用,幾乎已被淘汰。
    2.2 全并聯工作方式
    該方式是各個傳感器的輸入端并聯,使用一個公共電源供橋，輸出也以并聯的方式工作。 兩個傳惑器的并聯工作方式如圖2 所示。

圖2 并聯工作方式

    設它們的靈敏度分別為S1、S2,橋臂電阻分別為R1、R2,供橋電壓分別為U1、U2，滿量程均為F。這兩個傳感器并聯工作的條件是S1R1=S2R2,顯然,并聯工作狀態對傳感器本身的參數要求是比較高。
    同理當n個傳感器并聯工作時可得：S1/R1=S2/R2=…=Sn/Rn。
    兩個傳感器并聯工作時的特點如下：
    1）假定對某一載荷W,我們以滿量程為F、靈敏度為S、供橋電壓為 U 的一個傳感器測量它,輸出為U1 則：U1=WSU/F。
    如果兩個傳感器并聯工作,測量以上同一載荷W,在理想情況下 , 則可選用滿量程為（1/2）F的傳感器,假定它們的靈敏度也為S, 供橋電壓也為U,則總的輸出Un為：Un= U1
    2）假定這兩個傳感器的橋臂電阻均為 R, 并聯后的輸出阻抗為 Rn,則顯然有Rn=R/2。
    同理可證明當 n 個傳感器全并聯工作時則有：
    Un=U1 Rn =R /n
    上式的 Un=U1,Rn分別是n個傳感器并聯工作后的輸出信號和輸出阻抗 .這兩個式子說明,不管幾個傳感器并聯工作都不會得到比一個等效的傳感器更大的輸出,但并聯后的輸出阻抗卻減小為一個傳感器的 1/n。
    在稱重顯示器具有較高的靈敏度或高的分辨率的條件下,采用并聯法較好，因為它只要一個供橋電源,系統簡單經濟。但它要求每個傳感器輸出阻抗的平均偏差要小,傳感器系數的公差也不能太大。否則,當幾個傳感器受力不均勻時,輸出電壓的平均值將產生誤差。國外并聯工作時，大多數在每個傳惑器的兩輸出端與配接的稱重顯示器之間,接入兩個隔離電阻。由于傳感器的內阻是輸出信號的函數，串入隔離電阻能降低電阻變化對輸出的影響。每個傳感器的兩隔離電阻總阻值要相等,這兩個電阻本身也要相等，公差要小,這祥能減小因傳感器輸出阻抗不等或傳感器系數不一致對傳感器總輸出的影響。接法如圖3。
    圖中 R 即為隔離電阻,通常可選10kO左右,公差為0.01%。試驗表明 , 當并聯工作的傳感器受載不均勻時,傳感器平均誤差小于 0.05%。

圖 3接有隔離電阻的全并聯工作方式

    2.3 串并聯混合工作方式
    這是前述兩種工作方式的綜合，既有串聯又有并聯。通常各個傳感器使用獨立的供橋電源,但輸出并聯連接,如圖4 所示。這種工作方式也稱串并聯方式。
    通過分析可知,兩個傳感器串并聯工作的條件是：
    S1U1/R1=S2U2/R2

圖 4-6 串并聯工作方式及其等效電路

    由此可見,串并聯工作方式既有并聯工作方式的特點,又有串聯工作方式相似的地方 .它不管所使用的各傳感器參數如何,均可通過調整供橋電壓建立起正常的工作狀態，當然傳感器參數的離散性也不能太大。
    同樣可以證明,n個傳感器串并聯工作時的輸出信號Un = Ui， 其總輸出阻抗為Rn=R/n。至于一個電子秤的四個傳感器,兩個兩個地串聯后再并聯或兩個兩個地并聯后再串聯,雖然也可以,但實際應用中用得不多。

    3、三種工作方式的比較

    根據前面的分析 , 我們可以從以下幾個技術特性對上述三種不同工作方式作一綜合比較。表4-1 中只列出了兩個傳感器的情況, 由此可以類推到n 個傳感器的情況。

    4、結語

    通過以上對三種稱重傳感器的連接方法的分析，我們清楚地看到，全并聯工作方式的供橋電源數zui少，節能效果好，抗*力zui強，但輸出信號小。串聯工作方式輸出信號zui大，但抗*力zui差，節能效果不好。串并聯工作方式不同程度地具有前面兩種方式的優缺點。在多傳感器的稱重系統中，究竟選用何種組合方式，要根據實際情況統籌考慮、合理選用。

參考資料：
    
   上海臺衡儀器儀表有限公司,