地磅串联式接线盒的原理和应用

本文从实践的角度出发，首先介绍了地磅串联式接线盒的原理、每个传感器回 路上使用一个电位器或是两个电位器接线盒间的差别，最后向新手推荐一种常规调角偏差的方法。

使用多只应变式传感器地磅的“角差修正” 是地磅生产调试中的非常普通的一步工作，很多 人都会做，但其中也有一些误区，这些误区可能 使调试过程变得复杂甚至影响秤的长期稳定性。 本文从实践的角度出发，首先介绍了串联式接线 盒的原理、每个传感器回路上使用一个电位器或 是两个电位器接线盒间的差别，最后向新手推荐 一种常规的调角方法，希望能给大家启发。

一、串联式接线盒原理

(一）应变式传感器并联使用原理分析

目前采用多只应变式称重传感器装成称重单 元的地磅，基本上都是采用对应相同信号成并联 的方式，即在逻辑上将所有的传感器相对应的供 桥电源引线和信号引线分别接在一起实际应用 中还要加上角差修正用的电位器、电阻，接到仪 表上使用。

经理论分析计算，我们知道其并联后的输出 信号是各个传感器输出信号按其输出阻抗的倒数 (电导加权平均后的信号。以四个传感器为例， 并联后的输出信号为：

这样并联后的输出信号和总重量成线性的正 比关系，而和各个传感器分担重量的百分比没有 关系，在理论上可以认为这样的衡器没有角差。

实际上构成地磅的各传感器间的灵敏度和输 出阻抗不完全相同，因此并联后的输出信号和各 个传感器分担重量的百分比有关系，这就导致角 差。角差修正就是通过调节各传感器的灵敏度或输入阻抗，将灵敏度乘输出电导的值调节一致。

(二）串联式接线盒的原理

串联式接线盒是通过调节单个传感器的激励 电压来调节其灵敏度的。当电位器的阻值改变后, 其灵敏度和输出阻抗都发生了改变，经理论计算灵敏度发生的变化要远大于输出阻抗发生变化的 影响，为了讨论方便，下面我们仅考虑调节电位 器对灵敏度发生的影响。

串联式接线盒的原理如图1所示。

二、串联式接线盒的选择

㈠串联式接线盒的种类 目前常用的串联式接线盒有两种，㈠种是如 图1所示采用2个电位器的调整方式，电位器的 阻值为20Q,另㈠种是只使用其中㈠个电位器的 方案（省略图1中的W2-1和W2- 2的电位韓, 电位器的阻值为50Q。下面我们来比较㈠下两者 的差别。

?使用两个电位器方式的优点： a调节精度相对较高綢㈠圈对应的电阻较

少；

b.如果平衡的调节两个电位器，调节后输出 的共模电压值不变，对零点的影响较小，调节比 较直观。

?使用㈠个电位器的优点： a㈠个角只调节㈠个电位器，操作较容易： b.元器件减少㈠半，故障率也减少㈠半。

用户可以根据自己的使用场合和偏好，选用 合适的串联式接线盒方案。

㈡共模电压不同对输出零点的影响

下面简单地分析㈠下共模电压是否相同，对输出零点的影响。以两个传感器为例，经分析计算，其并联后的输出信号为：

其中：G1、G2分别为传感器信号正的输出电导；

G1'、G2'分别为传感器信号负的输出电导： Uc1、Uc2分别为传感器输出的共模电压：

Ud1、Ud2分别为传感器输出的差模电压。 如果传感器的输出阻抗是平衡的，即传感器 信号正的输出电导等于信号负的输出电导，则输

出信号，即输出信号和共模电压没有关系。

如果传感器的输出阻抗是不平衡的（比如传 感器生产工艺中输出电阻调节时会单边串入㈠个 欧姆级的电阻，造成传感器输出阻抗的不平衡则共模电压的不同会带来零点的变化。

假设其中有一个传感器的输出阻抗不平衡 (G1^ G1', G2=G2),则输出信号

其中共模电压对输出信号零点的影响是

jj _ G2(G1_ G' 1)(Uc1_ 1Uc2)

z_ G1+G2 (G1'_ G2)

影响程度分析：假设一个40t的秤使用两个 30t的传感器，灵敏度为2mV/V,仪表的供桥电压 为5V。一号传感器的输出阻抗不平衡，输出电导 分别是G1=1/350和G1'=1/355, 二号传感器的输 出电导为G2=1/350。

使用1t的砝码压角调角差。1t砝码的输出信 号为0.33mV。则每调节1%的灵敏度会产生最大 3.3^ V的线性变化。同时调节1%的灵敏度会产生 0.025V的共模电压差，继而产生88|J V的零点变化叫。可以

看出零点的变化要远大于线性的变化。这一点在 使用一个电位器的接线盒时必须特别注意。

当前很多传感器厂家都是采取阻抗分类配对 的方式，其输出阻抗的平衡性较好，则共模电压不 同对输出零点的影响可以忽略。使用这类传感器时 则可采用一个电位器的调节方式，调节更方便。

三、串联式接线盒调节方法

串联式接线盒调节方法很多，下面给新手推 荐一种常规的调节方法。

(一）将所有电位器都调到中间值。（如果接线 盒出厂时已经调整过，可以跳过该步骤）

操作方法：将万用表调节到欧姆档，搭在总 线的E+域E-)和传感器接口的E+域E-) 上，调节对应的电位器到相应的阻值，比如20Q 的电位器都调节到10Q。

(二）将仪表调到内码或者细分码的显示状态， 用同样重量的砝码威重物压各个角，记录各个 角的仪表显示值，分别为N1、N2、N3?Nn。

(三）计算调节电压

其中N?为误差最大一个角的仪表显示值

P1为经验系数，一般为0.25?0.75,按不同秤 台和安装结构会有差别，需在实践中调整。

E为仪表的供桥电压，准确的说是在接线盒总 线上测得的供桥电压。

Uad为需要调节的电压

(四） 调节

如果使用的单路是两个电位器的接线盒：将 万用表调到电压档，搭在总线的E+和对应传感器 接口的E+上，调节对应的电位器。如果该角偏小 则将电压调小0.5Uad ；如果该角偏大则将电压调大 0.5Uad。再搭在总线的E_和对应传感器接口的E- 上，调节对应的电位器。如果该角偏小则将电压 调小0.5Uaj ；如果该角偏大则将电压调大0.5Uad。

如果使用的单路是一个电位器的接线盒：将万 用表调到电压档，搭在总线的E+和对应传感器接 口的E+上，调节对应的电位器。如果该角偏小则 将电压调小Uadj ；如果该角偏大则将电压调大Uadj。

(五）重复（二?（四步骤，直至误差符合 要求。

(六）小建议

电位器的温度系数一般都较大，最好的也要 100ppm^r,如果接350Q的传感器，使用单路两 个电位器的接线盒，电位器的初始值都调节到 10Q左右，接线盒会给整秤带来5.7ppmTC的线性 温度漂移，是不可忽略的误差。

对于温度特性要求高的场合，建议在调试前 将电位器的初始值都调节到0Q,这样可以将接线 盒的温度影响降到最低，但缺点是只能调小不能 调大，当某个角重量偏小时，必须调大其他角位 所有电位器的阻值，调试较麻烦。

四、调试实例

下面以XK3190- A9+仪表和单路两个电位器 的四线制串联式接线盒为例说明调试方法：

(一）首先将所有电位器都调到10Q

(二）将压角砝码标定到1000个分度，使仪表进入内码显示状态，然后逐个压角，记录仪表显 示的内码。比如1号到4号角数据分别如下： 20250, 20000, 20250, 21500。

㈢计算Uad

通过观察发现4号角的偏差最大，

(四）将万用表调到电压档，搭在总线的E+ 和4号传感器接口的E+上，调节对应的电位器。 将电压调大0.244V ;然后再搭在总线的E-和4号 传感器接口的E-上，调节对应的电位器。将电压 调大 0.244V。

(五）重新压角，记录仪表显示的内码。1号 到4号的数据分别是：19982, 20000, 1998219890。

我们可以看到误差从1500,降到了 110。 提示：从上面的数据可以发现4号角从多1500 变为少110,有点调过头了，说明Pi取0.5得过 小，下次同种情况可以稍微调大一点Pi参数，如 调为0.51,可以加快调试速度。

重复（二 ~ (四的工作，直至误差满足要 求，完成角差修正。