如何使電子汽車(chē)衡顯示器與秤體之間數(shù)據(jù)線的限制

電子汽車(chē)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(chē)衡這類(lèi)大型衡器的稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)重顯示器*的部分、是稱(chēng)重系統(tǒng)的一部分。在稱(chēng)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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