地磅傳輸電纜超長引發(fā)的問題和解決方案

本文分析了地磅因傳輸電纜超出允許長度，造成準確度下降乃至超差的原因，以及采用等值電阻法、六線制法、中繼器續(xù)程法等方法，在保證地磅準確度的情況下，解決因環(huán)境因素延長傳輸電纜長度的方案。
隨著科學技術的發(fā)展和生產效率的提高，經營企業(yè)在用的地磅逐年增多，經營者與消費者雙方由于在稱量過程中產生計量糾紛的現(xiàn)象時有發(fā)生。造成原因之一是由于地磅的位置與稱重的二次儀表之間的距離較遠，稱重傳感器（以下簡稱傳感器）與稱重顯示器（以下簡稱顯示器）之間信號傳輸電纜超出允許長度（業(yè)內稱為長線）。另外信號傳輸電纜一般都鋪設安裝在地表以下，并且受溫度變化、自然氧化等環(huán)境條件的影響，造成地磅準確度下降乃至超差。對此，小編就這一現(xiàn)象的原因和解決方法做以下分析與探討。
一、長線連接存在的問題
地磅通常使用四線式的稱重傳感器，兩根電源線、兩根信號線，通過傳輸電纜與顯示器連接，傳輸電纜是定長度、定電阻值的四芯帶屏蔽線電纜。有時受使用環(huán)境限制，傳輸電纜必須超出允許長度，即業(yè)內稱為長線連接。采用長線四線式連接，存在以下現(xiàn)象，影響稱重結果：
（1）當傳感器與顯示器之間距離較遠，采用長線連接方式，由于傳輸電纜長度的改變和電源線電阻的變化，導致加在傳感器電橋兩端的激勵穩(wěn)壓源電壓產生二次壓降變，造成地磅準確度下降，乃至超差。
（2）當傳感器與顯示器之間距離較遠，采用長線連接方式使信號線的電阻值發(fā)生變化，而導致輸出信號發(fā)生變化，造成地磅準確度下降，乃至超差。
（3）地磅設計時考慮到定長度、定電阻值的傳輸電纜，經檢定合格后的地磅在允許使用的環(huán)境條件能夠保證其測量的準確度。采用長線連接方式，即使檢定合格，當環(huán)境條件變化時，也會造成地磅準確度下降，乃至超差。
現(xiàn)在業(yè)內通常的做法是：因為電纜線的長度增加，其本身的壓降增大，則傳感器輸出到顯示器的電壓信號變小，為了滿足相同的額定量程，調整顯示器輸入信號的放大倍數，提高其靈敏度的方法對線路損耗進行補償。這種方法存在以下問題：一是當傳輸電纜信號弱時或地磅空載時，因干擾信號被放大，顯示器的顯示值跳變；二是存在(自置零閾)置零準確度的檢定不合格現(xiàn)象。針對上述現(xiàn)象，小編做了大量實驗，事實證明使用以下方法增加傳輸電纜的長度是可行的。
二、長線補償法
1.等值電阻代換法
設地磅標準傳輸電纜長度為 L1 ，電阻 R1 ，截面積 S1 ；增加長度后輸電纜長度為 L2 ，電阻 R2 ,截面積 S2 。電纜長度的電阻計算公式：R = ρ SL

2.六線制長線補償法
六線式長線補償法是對較長的傳輸線（一般認為傳感器跟二次儀表距離10m以上為遠距離傳輸）造成的誤差進行補償。其補償原理是這樣的：在原有的四芯線式傳感器（兩根激勵電源線）的基礎上，再加上兩根激勵電源檢測反饋線，形成六芯線式傳感器。如圖1所示，此兩根激勵電源檢測反饋線在傳感器內部接線處與激勵電源對應點短接，把傳感器應變電阻橋路兩端的供橋電壓，通過反饋線直接接至顯示器的基準電壓輸入兩端，作為A/D轉換器的基準電壓。由于取樣電路的電流小，反饋線上電壓降及反饋線隨溫度的影響等均可忽略不計。這樣，由于傳輸電纜電阻變化引起供橋電壓的改變情況，可通過穩(wěn)壓源和反饋調節(jié)作用，對此變化進行補償，就使傳感器橋路端的供橋電壓得到較高的穩(wěn)定度。而后這種接法還可達到“比率電壓測定”和“長線補償”兩個目的。這時，整個地磅的稱重準確度只與傳感器、模擬前置放大器和A/D轉換器這三者的指標有關，而與電纜連線的長短、導線周圍的環(huán)境溫度及供橋電源的穩(wěn)定性均無關。

3.中繼器續(xù)程法
中繼器是一個信號放大電路。標準傳輸電纜的一端連接傳感器，另一端連接中繼器。準確測量傳輸電纜的電壓降，通過調整信號放大器的可調電阻調節(jié)放大器的放大倍數，使中繼器的電壓輸出值等于傳感器輸出端的電壓值。使用信號放大器實現(xiàn)對傳輸電纜的電壓降補償，減少傳輸過程中的信號損失。由于中繼器是對標準長度傳輸電纜的電壓降進行補償，信號放大器的放大倍數非常小，實驗值在1.0002~1.0005之間，干擾信號對整個測量系統(tǒng)的影響可以忽略不計。一臺地磅在無相互干擾的情況下，可以使用多個中繼器。
小編通過上述措施，使得地磅在遠距離信號的傳輸問題得到解決，傳輸距離可達50米以上，系統(tǒng)穩(wěn)定，計量精確，從而使地磅在危險、有毒有害、污染等領域得到更加廣泛的應用。

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