传感器并联

称重知识ｌ　Ｗ。ｉ　传感器并联　中国计量科学研究院周祖濂　［摘要】本文对传感器并联电路，传感器桥路做了比较系统的介绍和分析。建议大家　应从一些基本概念和实际情况来理解有关的公式的物理意义。强调理论指导实际的重要性。　【关键词】传感器并联电路；角度调节；输出阻抗；电流校准（ｍｖ／ｖ／Ｏｈｍ）　【中图分类号】ＴＨ７１５．１［文献标识码】Ｂ［文章编号】１００３—５７２９（２０１７）１１—００３１—０４　Ｓｅｎｓｏｒ　ｐａｒａｌｌｅｌ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓｅｎｓｏｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｓｕｇｇｅｓｔ　ｔｈａｔ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｆｏｒｍｕｌａ　Ｓ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ｓｔａｒｔ　ｆｒｏｍ　ｓｏｍｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｒｒ　Ｅｍｐｈａｓｉｚｅ　ｈｅ　ｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｎ　ｈｅｏｒｔｙ　ｇｕｉｄａｎｃｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｅｎｓｏｒ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ａｎｇｌｅ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ；ｏｕｔｐｕｔ　ｉｍｐｅｎｄｅｎｃｅ；ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃａｌｉｂｒａｔｏｒ（ｍｖ／ｖ／Ｏｈｍ）　一、引言　Ｅ＝ＲＪ２＋Ｒ４（Ｉ２　）　Ｏ＝Ｒ１，３＋Ｒ４（，２＋，３）＋尺３（１３一Ｉｉ）　对使用多只并联传感器的衡器，特别是大型　衡器的角度差调整，在使用模拟传感器时，均通　由式中消去，１和，２，可求得　过对传感器并联电路的调整来实现。正因为如此，　始终不断有人以此为题写文章，’介绍自己对此问　题的认识。其实对并联电路的介绍，在很早就有　，３＝瓦　瓦　（Ｒ　１Ｒ３－　Ｒ　１Ｒ４而）Ｅ　而　面　若令尺１＝　３＝Ｒ＋△　；Ｒ２＋Ｒ４＝Ｒ－ＡＲ，　则有　文章讲述，甚至教材中就有介绍，而且无论是书　本和文章中的介绍大都大同小异。但是这个问题　始终有人关注，也不断有文章发表，说明这是一　个大家关注的问题，特别是初涉及衡器者。为此，　我也想谈谈我的认识，供大家参考。　二、基本概念　＝而ＡＲ　＂ＲＬ・Ｅ　根据戴维宁定律，二端输出网络的输出阻抗　等于两端的开路电压与短路输出电流之比：即　ｎ一开路电压　一　露百　在此：开路电压：ｅ　＝Ｅ・△　（尺　＝ｏ。）　短路电流：ｌｏ＝Ｅ・ＡＲ／Ｒ　（　＝０）　有关传感器并联电路分析的基本理论，在中　学物理中就有介绍，为了说明问题，在此将一些　基本的有关传感器的电桥电路和并联电路简要介　绍如下：传感器通常为四片电阻应变片组成的惠　斯通电桥电路，如图１（ａ）所示。在实际运用中还需　因此传感器的惠斯通电桥电路的输出阻抗为：　Ｒ　＝Ｒ　即等于电桥臂的电阻值　电桥的开路输出电压为熟知的关系式。　一：　加有各种补偿电路，如图１（ｂ）是四只传感器等效　的并联电路。　根据克希霍夫定律，由图１（ａ）可得下面方程　组：　堡　＝堡　（Ｒ。根２）（Ｒ３般　）　设：Ｒ１＝Ｒ＋ＺｌＲｌ；Ｒ２＝Ｒ＋ＡＲ２；　３＝Ｒ＋ＡＲ３；Ｒ４＝Ｒ＋ＡＲ４　和ＺｌＲ１　§ｌ；ＡＲｄＲ　§２；，ＳＲ３／Ｒ　§３；ＡＲｄＲ　Ｅ＝Ｒ】，１＋　３（　广厶）　称重知识　§　，其中§为应变片的应变值。　由此可得：　第一种方式非常简单，只要在传感器的输入　端，即加激励电压端，串接电阻Ｒ，降低桥压，使　输出减小，如图２（ａ）所示。第二种方法是改变电　桥的输出阻抗，如图２（ｂ）是ＨＢＭ公司，可供八只　ｅ＝ＫＥ×　意　表明电桥的输出电压与应变值§（或电阻变　化率Ａ　Ｒ／Ｒ）之间，只有当应变很小时才呈现线性　传感器使用的接线盒的调节线路，是在电桥的输　出端，串接五个电阻，可组成多种电阻值，调节　关系。　ｅ＝ＫＥ／４×（§１一§２．－§３＋§４），　几种应变值§时的非线性度Ｋ，如表１所示。　表１　弹性元件　轴向应变　ｌ００ｏ　２Ｏ０ｏ　３Ｏ０ｏ　４００ｏ　５Ｏｏｏ　§（微应变）　电析输出ｍｖ／ｖ　１．３　１．６　３．９　５．２　６．４　非线性度（％）　０．１４　０．２８　０．４２　Ｏ．５６　Ｏ．７０　图１　三、并联电路的调节　对模拟传感器的衡器，角差是通过调节并联　电路来实现。根据等效电路原理，传感器的电桥　电路，可由一个内阻和一开路电源替代，四只传　感器的并联等效电路如图１（ｂ）所示。对于指定的　一只传感器而言，其余三只传感器为它的负载。　在汽车衡中使用的传感器，在安装时都需要　“配对”，一般四只传感器的灵敏度和输出阻抗　（输出端的电子值）之间的偏差在０．１％之内是不成　问题的。但在安装上承载器，即秤台时，四只传　感器的输出值的偏差，通过垫板的调整，一般都　不能达到ＯＩＭＬ　Ｒ７６号建议中“偏载”最大允许误　差要求。最终需要通过对电路的调整来实现：　“同一载荷下不同位置的示值，均应符合最大允许　误差的要求”。　根据上一节的分析，在同样作用力下，要改　变一个传感器电桥的输出，一是改变供桥电压，　二是改变电桥的输出阻抗。　传感器的输出阻抗，这种调节是增加电桥的输出　阻抗。另一种调节电桥输出电阻的电路如图２（ｃ）所　示，在电桥的输出端并联电阻，通过调节该并联　电阻，调节传感器的输出电压，这种调节电路最　早见于托利多公司的接线盒，由于电路的输出阻　抗可通过电位器连续调节，且调节比较方便。但　由于使用了电位器会使电路的温度影响变差，通　常电阻器的温度系数为ｌｐｐｍ，而电位器的温度系　数为１００ｐｐｍ。但根据电路的实际分析，电位器温　度对输出阻抗的影响是相对的，因此实际的影响　并不太明显。　ＯＩＭＬ　Ｒ６０国际建议给出了对传感器性能的要　求，但实际运用中，既使用合格的产品，也不一　定能满足使用多只传感器制作衡器时配对要求。　早些年，ＦＬＩＮＴＥＣ公司，对它的产品给出了　ｍｖ／ｖ／Ｏｈｍ传感器“电流校准”分级的方法，有利　于传感器并联配对使用和方便传感器更换。按　ｍｖ／ｖ／Ｏｈｍ分级，将传感器的ｍｖｉｖ／Ｏｈｍ值共分为九　个级别：　分级的参考值，是根据：额定输出为２ｍｖ／ｖ，　输出阻抗为Ｏｈｍ＝１０００欧姆。参考值ＲＥＦ＝０．００２ｍｖ／　ｖ／Ｏｈｍ，上述九个级别的具体数值如表２所示。　四、角差调整　根据ＯＩＭＬ　Ｒ７６号非自动衡器国际建议，通常　是通过传感器并联电路来调整角差，达到建议中　有关偏载的要求。就汽车衡角差的调整，从表面　上看是将四只传感器的“输出”调至相等，而实　际上是调整力矩的平衡。因为在调四只传感器的　“输出”相等的，是默认四只传感器的作用力臂是　相等的。最根本的是传感器上的作用力与被测力　（物体重力）相互是平行的力，若处于平衡状态，　只能是力矩平衡的状态。　下面讨论以上三种调节角差电路的实质。无　论是调整传感器的输出电压，还是调整输出阻抗，　（ｂ）　图２　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ　Ｅ　Ｆ　Ｇ　Ｈ　Ｉ　－０．Ｏ５　－０．０３５　－０．０２５　－－０．０１５　－０．００５　＋０．００５　＋ｏ．０１５　４－０．０２５　＋０．０３５　＋０．Ｏ５％　表２　ｍｙ／ｖ／Ｏｈｍ分级　额定输出ＮＲＯ　输出阻抗参考值ＮＯＲ　ＲＥＦ＝ＮＲＯ／ＮＯＲ　分级　２ｍｖ／ｖ　１０００Ｏｈｍ　０．００２ｍｖ／ｖ／Ｏｈｍ　ｍｙ／ｖ／Ｏｈｍ　容限Ａ　容限Ｂ　－０．Ｏ５０％……－０．０３５％　－０．０３５％……一０．０２５％　０．０ｏ１９９９００……０．０ｏ１９９９３０　Ｏ．００１９９９３０……０．０ｏ１９９９５Ｏ　容限ｃ　容限Ｄ　容限Ｅ　容限Ｆ　－０．０２５％……一０．０１５％　－０．０１５％……一０．００５％　－０．００５％……＋０．０ｏ５％　＋０．０（）５％……＋０．０１５％　０．００１９９９５０……０．００１９９９７０　０．００１９９９７０……０．００１９９９９０　Ｏ．００１９９９９０……０．００２００ｏ１Ｏ　Ｏ．００２０００１０……０．００２００ｏ３０　容限Ｇ　容限Ｈ　容限Ｉ　＋０．０１５％……＋０，０２５％　＋０．０２５％……＋０，０３５％　＋０．０３５％……＋Ｏ．Ｏ５０％　Ｏ．００２００ｏ３０……０．ｏｏ２ｏ００５０　Ｏ．００２Ｏ００５Ｏ……０．０ｏ２０ｏ０７０　Ｏ．ｏｏ２０ｏ０７０……０．００２０ｏ１００　—ｌＩｌ　Ｗ。．ｇｈ＿ｎｑ　ｋｎｏＷｌｅｄｇｅ　ｌ称重知识　对于四只并联传感器的调整依据，通常都是依据　下述公式。　ｅｏ＝（ｅ／Ｒｌ＋ｅ　冗２＋ｅ３，Ｒ３＋ｅ４／尺４）÷（１／Ｒ１＋１，　２＋１，Ｒ３＋１，尺４）　若现在仍使用上述传感器进行更换，但概念　发生改变，是根据ｍｖ／ｖ／￣电流校准（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）传感器的技术指标，在更换的同时，　在输出端并联一５１Ｒ的电阻如图３（ｂ）所示，此时的　输出电压，等于两个数值相等的恒流电源和三只　并联电阻之积：　根据传统的调节方法，调整的目的就是要将　各只传感器的短路输出电流调至相等。　这种理念往往会忽略一个重要的前提。就是　如果四只传感器的输出电阻不相等，虽然经调整　后每只传感器的ｅｌＲ值均相等。满足传统角差的调　节，即各只传感器的短路输出电流相等再需要更　换传感器，虽然选用的传感器的ｅ／Ｒ值与原来的值　相等，即更换后经角差调整合格，但系统的校准　值一般不会与原来的校准值相同。需要重新校准，　这是一个困难的过程，特别是对大型衡器，更费　时、费力、费钱。是传统角差调节最主要的特点。　这个结果，由上述角差调整公式是很明显的，因　为此时公式的分子没有改变，但由于更换的传感　器的输出阻抗（内阻）不一定与被更换传感器的　内阻相等，这样公式的分母发生改变，总的输出　也将发生改变。　为了说明这个问题，可举下面的例子来说明。　用两只传感器并联的简单情况来说明。图３（ａ）中电　路的输出电压为：　一　图３　ｅｏ＝（ｅ１／Ｒ１＋ｅ２　２）÷（１／Ｒｌ＋１，Ｒ２）　若Ｒｌ＝Ｒ２＝尺；ｅｔ＝ｅ２－ｅ　则上述为：ｅｏ＝２ｅ／Ｒ÷２／Ｒ＝ｅ　设重新更换的传感器Ｒ＝Ｉ．０２Ｒ，ｅ＝１．０２ｅ。此　时它的ｅ／Ｒ＝ｌ与更换前传感器短路输出电流值相　同，但是此时的输出电压为：　ｅｏ＝（ｅ／Ｒ＋１．０２ｅ／１．０２Ｒ）÷（１／Ｒ＋Ｉ／１．０２Ｒ）　＝２ｅ／Ｒ‘　＝１－０１ｅ　比更换前的输出电压高了百分之一，需要重　新校准。　／Ｒ－０２ｅ／１．０２Ｒ）・　面　）　＝２ｅｌＲ・Ｒ／２＝ｅ　输出电压与更换传感器前的输出电压相同，　省去了重新校准的麻烦和困难。例如使用ＦＬＮＴＥＣ　标有电流校准值的传感器就可给传感器原已调节　的输出值发生改变，例如若将输出电压较高的传　感器通过调节输出阻抗的图２（ｃ）方法时。应增加　其输出阻抗值，但此时也会使电压较低的传感器　的输出电压增加。　另外，以下的一些问题也是在并联使用传感　器时，需要特别注意。　第一，不能改变传感器出厂时的电缆长度，　因为传感器出厂时的各项技术指标，都是在给定　电缆长度的条件下测得的，一旦电缆长度发生改　变，灵敏度、温度系数等均会发生改变，因此，　在并联使用时，应采用六线制接线，达到保持传　感器技术指标不变。　第二，在并联使用时，往往忽略传感器零点　输出的影响。传感器零点或零点平衡值的大小，　取决于应变片贴片的质量和安装应力造成的附加　力。一些质量不好的传感器的零点还会随时间产　生明显的改变（漂移），并联传感器间零点偏差过　大会影响测量精度和线性。　第三，传感器的绝缘强度，接地不妥也是影　响测量结果的因素。　使用数字传感器或数字化传感器就可以从根　本上克服并联电路带来的困难。因此它们之间相　互是独立的，调节时从电学的角度讲相互间不影　响。但是也要特别注意，并联传感器在四只以上　的衡器，由于此时的系统是静不定系统，不能预　知四只传感器的受力大小。而且该系统是处于力　矩平衡状态，而不是力平衡状态。所以从力学的　（下转３７页）　经营管理ｌ　Ｍ。　。ｇ。ｍ。ｍ　得到有效落实。员工养成积极改善的工作态度，　各项工作（包括安全工作）业绩就会不断提高，　这是企业不断发展的动力源泉。　班组安全管理工作的经验、技巧还有很多，　远不止以上所提及的。更多、更好的方法有待于　现场“５Ｓ”管理的实施，全体员工积极参与并坚　持不懈，在前进中不断提高和深化。通过实施　“５ｓ”管理，将达到车间工作场所，一目了然，安　全、舒适、明亮的工作环境成为现实。员工的工　作热情和良好的素养，得到验证，车间良好的形　象得到公司的认可。继而带动车间质量体系加强，　推动车间生产力提升。　推行５ｓ管理后，物资储存明确，物品定位摆　放，通道和休息场所都不会被占用。工作场所的　宽敞明亮使物流一目了然，人车分流，道路通畅，　车间内部有条不紊，意外事件的发生自然就会相　大家不断总结、探索。希望更多的企业重视班组　安全工作，将安全管理深入基层，落到实处，使　企业的安全管理水平全面提高。　４　５５管理实施关健　４．１　“５Ｓ”管理组织机构要长期设置，不能　因人员的变动而停止。企业可以车间为单位，健　全的组织机构，为“５ｓ”管理实施提供重要保障，　各班组分工具体、责任明确。这个机构要固定，　每个成员的责任要具体化，操作性要强。组织成　员的选用要具有生产管理经验和责任心。　４．２　“５ｓ”管理要结合其他工作，并实施长　应地大为减少。危险操作警示明确，员工能正确　地使用保护器具，遵守作业标准，违规作业现象　减少，发生工伤事故率趋于零。所有的设备都进　行清洁、检修、预防，能预先发现存在的问题，　消除了安全隐患。消防设施的齐备，灭火器放置　定位，逃生路线明确，消防通道无阻塞，万一发　期监督，其执行效果要成为车间综合管理考核指　标内容。确定项目并量化指标和标准。目标可以　是：库房、工具库、材料堆放区、废旧材料处理　堆放区、垃圾处理区、员工工作休息吸烟区等，　通过对实施目标的量化监督，达到标准化。现场　“５Ｓ”管理实施工作就能达到预期的目标。　４．３　“５Ｓ”管理工作，上下要思想统一、全　员行动、常抓不懈，同时要健全激励机制，并规　定为各类先进评选的指标之一。　５结论　生火灾，员工的生命安全必然会有所保障。　参考文献：　［１１］　隋鹏程，陈宝智，隋旭，等．安全原理【Ｍ】　［２］现场改善【Ｍ】．机械工业出版社．　【３］丰田现场管理方式［Ｍ】．东方出版社．　（作者通讯地址：沈阳市沈河区先农坛路１５号　邮政编码：１１００１５　“高高兴兴上班，平平安安下班”是企业的安　全目标。企业员工的理想，就是需要一个良好的　工作环境、内部和谐融洽的管理气氛。随着车间　收稿日期：２０１７－０８－２２）　【编辑殷志虹】　（上接３４页）　角度，在调节各只传感器时，传感器的受力状态　还是会相互影响的。　经验”，否则很难提高自己的工作水平和能力。　（作者通讯地址：北京市海淀区柳林馆南里２号楼２４层４号　邮政编码：１０００３８　写本文的目的是希望在使用一些公式时要能　够知道其中各项所代表的物理意义，能够与实际　情况相结合。要知道公式的来源和使用的条件。　并能重视有关的一些基本概念，不能只靠“实际　收稿日期：２０１７—０９—２７）　［编辑