地磅由多個稱重傳感器組成,相比由單個傳感器組成的稱重系統,重量的計算更加復雜。除了線性度校 準,還需要進行角差修正。在模擬傳感器組成的地磅調試時,需要通過調整各路傳感器的角差調整電位器進行角差修 正。目前應用廣泛的數字式傳感器為角差修正提供了更多方法。在分析了數字式地磅產生誤差的原因后,基于目 前常用的線性方程組法,提出了用最小二乘法進行角差系數優化的方法,并進行了實驗驗證。實驗表明,此方法可以提高 數字式地磅的稱量準確度。

1.引言

地磅在大宗貨物計量中發揮著重要作用。相比于早 期使用的機械式地磅,地磅結構簡單,操作方便,精度更 高,漸漸取代了機械式地磅。地磅主要由稱重傳感器、

秤體和稱重顯示儀表三個部分組成,并可按用戶需求,選配大屏 幕、打印機、欠件管理系統、終端機等。按傳感器輸出信號地磅可分為模擬式電子汽車衡和數字式地磅。在模擬式地磅稱重時，稱重傳感器輸出與重量成比例的電壓信號,再 通過接線盒將各路的電壓信號進行累加，經過信號放大、A/D轉 換后,變為可由單片機處理的數字信號,最后由儀表或大屏幕顯 示稱重數據。

隨著傳感器技術的發展,數字式地磅得到廣泛應用。

與模擬式地磅相比,數字式地磅采用數字稱重傳感 器。數字式稱重傳感器將電橋、電壓信號處理、A/D轉換及微處理 器集中到一起,通過傳感器接口輸出的信號為單片機可直接處理的數字信號。以QS系列為例， 數字稱重傳感器實現了零點平衡調整,零點溫度漂移補償,靈敏 度補償,靈敏度溫度補償,輸出一致性調整和電阻非線性補償。 數字稱重傳感器可直接輸出RS485信號,抗干擾能力更強。為 區分同一臺地磅下的不同稱重傳感器,每個數字稱重傳感器都 有各自的地址。通過單片機和各路數字稱重傳感器通訊,即可獲 取每個傳感器的內碼值。

偏載誤差是影響地磅的稱量精度的重要原因之一，角差 修正在汽車衡的安裝調試中非常重要。模擬式地磅在進行 校準時,為了修正角差，需要反復調整各路傳感器的角差調整電 位器，這種方法需要人工操作,費時費力,稱重結果誤差較大。當 前,數字式地磅稱重儀表中，大都采用對每個傳感器壓角， 求解線性方程組或手動輸入的方式進行角差修正。這種方式獲得 的角差系數和壓角位置有關,無法獲得最優解。獲取更優的調整 參數是減小偏載誤差的途徑之一。

2.地磅稱重原理

一個平面由多個支點撐起，假設平面足夠平整，無受力變 形,為理想平面,并忽略平面的重量。那么在此平面上加載重量 W,每個支點的支撐力為Ft,則存在以下等式：

數字式地磅可以以此為模型，每個支點都裝有數字 稱重傳感器。經過內部電路調整及補償,數字稱重傳感器輸出內 碼值。此內碼值與傳感器所受的力相關[6。其輸出線，內碼值與重 量,如圖1所示。

中橫坐標為傳感器上承受的重量，縱坐標為傳感器輸出 的內碼值。理論上,輸出的總內碼值與所承受的重量成比例關系， 不能直接相等。假設施加在各個傳感器的重量為^傳感器的內 碼值為足,零點總輸出為

3.角差形成原因及修正

3.1角差形成原因

角差系數的修正影響到地磅的精確度。由于稱重傳感器 在安裝過程中,基礎結構、工藝問題都會引起誤差。即使是同型號 的傳感器,也無法做到完全一致,且傳感器的靈敏度也有一定的 差異I在實際運用中,傳感器輸出的內碼值與其承載的重力的關 系,如圖2所示。

3.2角差修正原理

為了修正角差帶來的誤差，需要求出每個傳感器的角差系 數ft。求解ft的過程即為角差修正過程。在地磅秤體安裝后， 需要查看各個傳感器的內碼值，防止內碼值數值差距過大,尤其 應防止蹺蹺板現象。在完成以上檢查之后,要進行零點確認。當秤 體空載時，由于稱臺自身的重力和傳感器安裝,傳感器輸出一個 內碼值X0i,即零點輸出值。目前常見的數字式稱重儀表,多利用 多維方程組來得出角差系數的值。其原理如下：

對于由n個傳感器組成的地磅，需要在不同的受力點加 載n次重量。取K=1,這樣可以得到：

4.實驗及實驗結果分析

為檢驗線性方程得出結果的精確度，搭建實驗平臺如圖3 所示。

秤臺長12m,寬3.2m。秤臺安裝有6支QS-D10-40tH 數字稱重傳感器。該傳感器具備通訊地址,將傳感器地址設置,如 圖3所示。將傳感器接入接線盒,再通過RS485協議與控制器之 間通訊。實驗采用的標準砝碼為M2等級1t。在開始標定前,需要 對傳感器內碼值進行比較,防止秤體安裝不平,這有利于秤體的 調平工作。安裝良好的秤體,外圈1、2、5、6號傳感器的內碼值接 近，內圈3、號傳感器的內碼值接近,且與外圈傳感器內碼值為 —倍左右。秤體安裝完畢后,連接傳感器與控制器,開始實驗。

首先對稱重系統進行零點確認,空秤狀態下,待稱臺穩定后 記下各傳感器的內碼值。然后進行“壓角”操作,即將重物放在傳

5.結論

經過實驗可以得出，用最小二乘法進行角差修正后的稱重 模型3,相比于“壓角”獲取的稱重模型2,誤差更小。這種方法計 算簡單,可方便移植到微控制器中。用該模型計算稱重重量,可以 減小數字式地磅稱體安裝不平,傳感器靈敏度不一致導致 的誤差,提高地磅的稱量精度。