3.传感器的动态响应作为动态地磅,对传感器的动态响应速度有较 高的要求。动态响应快的传感器,可以使动态车辆 在高速下计量,并可以提高其动态计量精度,而电阻 应变式传感器正好具备了这种动态响应快的特点, 电阻应变式传感器的核心是弹性体上的电阻应变 计。它的转换过程是重力使弹性体产生应变,而弹性 体又使粘贴在弹性体上的应变计产生应变,而电阻 应变计的应变则使其电阻发生改变,则由此前组好 的惠更斯电桥输出相对应的电压。在此过程中,重力 作用于弹性体时的重力波传至弹性体上部,之 后进入应变计粘贴区域,重力波通过弹性体传至涂 层、应变计基底至应变栅,而由应变栅转换成电量传 至仪表。其中重力的应力波在金属弹性体的传播速 度为5000mm/ms,弹性体通过涂层、基底传至应变 栅的时间为0.2!s,应变栅一般为10mm左右,传播 时间约为2@,这种传递是弹性体通过应变胶强迫应变栅跟随弹性体应变的。为10mm长的 应变计的承受的应力波也是从两侧向中间传递的, 这也就是说传感器的核心转换区域(弹性体贴应变 计区域)的应力波传递时间为1!S左右。那么应力 波在弹性体其它部位的传递时间为未直接力电转变 的无效时间,大约在10!s左右,它的作用和车轮作 用于秤台,重力波通过秤台传至传感器一样均为无 效时间,就是说从车轮(力源)至秤台全部途径和传 感器除应变计粘贴处所经途径是一样的。相对来说 秤台的尺寸和重力波传递距离则会远远大于传感器 的距离,而秤台设计又因车辆称重的动态称重的技 术要求而定,并不易缩短。从车辆的车轮到传感器的 传递距离一般在几百毫米至几米左右,这个距离正 是为了力的传递和分割应称车辆和不应称车辆的重 要尺寸。 从车辆作用于秤体到传感器弹性体的 应变计粘贴区外,并非真正的动态应变的响应时间, 只有在应变计处完成力与电的转换,动态应变才能 得到“响应”。而在应变计处的应力波传递时间只有 1!s左右,则电阻应变式传感器的动态响应时间完 全可以满足动态衡器的要求,在动态衡器 的各个组成部分,传感器的动态响应速度不是薄弱 环节,瓶颈却是称重仪表,称重仪表的核心为A/D 转换器,其在高速转换时,常常发生位数减少、分辨 力降低的现象。而称重仪表的分辨力尚落后于传感 器的感量,就是说再微小的重力作用于传感器都会 有相应的感量,都会有相应的阻值变化,这些微 小变化常常制约于数字称重仪表的分辨力。
作为动态地磅,人们更主要的应该考虑的是车辆在秤台上的有效运行时间,可以作为动态计量米 样的时间,由此换算成的秤台有效长度。这是动态 衡器设计者要考虑的重要参数,在考虑好称重 要求的前提下,选择好称量方式,再按车辆车型参 数,选择较长的称量段以满足动态称重的要求,以此 增加动态采样时间,增加采样次数,尽量提供充分条 件为动态数据处理提供可能和保证。传感器 的动态响应速度是完全满足于动态车辆衡器的动态 称重要求的。
4.传感器灵敏度的标准化
由于动态地磅传感器的使用条件恶劣,常常使 传感器在恶劣的力学和环境状态下因各种原因损 坏。而从一方面来说动态衡器,如动态轨道衡、 动态汽车衡、动态轴重仪的检定工作是一个受多方 面因素制约的庞杂工作,夸大的说是一个系统工程, 并且受检定部门全年检定计划和铁路、公路运输调 度计划所限制,这些工作的难度使受检部门感触太 深。需生产部门、运输部门、检定机构、计量部门的 统一协调。为此为避开非检定周期内的检定,使传 感器灵敏度标准化保证互换性,保证互换后的计量 精度,成为动态衡器用户所迫切要求的。传感器的灵 敏度标准化应控制在?.1%以内,如灵敏度为lmv/v 的传感器应为1?.001mv/v,灵敏度为2mv/v的传感 器应为2?.002mv/v,此时在更换传感器时就保证了 动态衡器的精度。对于传感器依靠并联组成 输入输出电路时,则只依靠灵敏度的一致性还是远 远不够的,要考虑输入电阻和输出电阻的标准 化,使其不影响传感器的互换性。其输入电阻和输 出电阻的标准化程度在传感器并联电路中要求的基 础上再提高一倍,以确保互换后的精度。
5.从传感器的工作环境去选择
动态衡器的传感器工作环境是恶劣的,在 选择上要力求传感器有高的环境指标和高的电和力 的抗干扰性能,即防水、防尘、防雷电、电磁干扰、动 载窜动、温差形变等。其中防水防尘可以按照IP等 级体系去选择,防雷电除外部采取措施外,传感器本 身也应有相应的配置,至于传感器因动载和摩擦力 所使传感器的窜位(包括温差影响0,则应考虑传感 器底座可允许水平移动的,或者上下为球面的自动 回位设计。
三、特殊传感器的选择
在动态车辆的地磅当中,随着称量和传感器技 术的发展,一些特殊传感器涌入衡器,使传感器和秤 体一体化的方案多种多样。轨道式传感器、轨道贴 片式的剪应力和弯曲应力传感器、轨道垫板式传感 器、轴销嵌入式传感器,汽车轴重仪中的形式多样的 称重板。这种方案的诞生,大大简化了地磅的测量 系统,使机械构造减至Zui小,构件减至Zui少。并使不 采用混凝土基础成为可能,使系统总体无论从总体 质量到几何尺寸均减至Zui小。为此此种地磅巳经广 泛的应用于动态轨道衡计量和公路上的动态汽车轴 计量。由于其特点明显,选择时有所侧重。根据计量 工作的要求,着重于计量商业结算,还是生产工艺、 质量控制、安全运输、设备技术和路面承受能力要求 的计量精度。并根据车辆的结构参数、运行速度、动 态称量时间和能达到的计量精度去选择特种称重方 式的特殊传感器。