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    并聯式接線盒存在問題的分析與建議
     
    并聯式接線盒存在問題的分析與建議

    [摘 要]本文分析了并聯式接線盒所存在的問題,提出了改進建議,同時對替代的新產品作了簡介。

    [關鍵詞] 接線盒;穩定性;調整量;影響量;建議;新產品

    一、存在的問題
    電子衡器偏載調試用的并聯式接線盒,是由(見圖1)多圈電位器W和電阻R1串聯后與稱重傳感器LC的輸出端并聯而得名。其實質是通過W- R1分流作用對傳感器輸出電流進行調節,從而使多個傳感器的靈敏度與輸出阻抗的比值接近一致來達到偏載調平的目的,又稱為電流調解式。因其整體性能略優于串聯式接線盒而被廣泛采用。本文以電阻分析和圖示提出并聯式接線盒存在的問題及改進建議。
    圖2 電位器與傳感器輸出端并聯坐標圖

    為了便于分析把電位器W可調圈數設為24圈,以電子汽車衡中使用最多的橋式傳感器為例并把其輸出阻抗最大值設為704Ω,通常并聯式接線盒電路中W=200KΩ、R1=10KΩ,調整電位器W并按【(0~200KΩ)+10KΩ】//704Ω計算,得到如圖2所示的曲線圖(這里也包括以下調整量的計算均沒有考慮其它并聯傳感器的影響)。從這條曲線可看出,開始的0.6圈(W=0~5KΩ)調整值672.44Ω-657.7Ω=14.74Ω,調整量為14.74Ω/704Ω=2.094%;開始的1.2圈(W=0~10KΩ)調整22.36Ω,調整量3.176%;第○1個3圈(0~25 KΩ)調整32.42 Ω,而第○8個3圈(175K~200 KΩ)僅調整0.32Ω,第○1個3圈調整值正好是第
    ○8個3圈的100倍!調試效果非常不均勻。電位器最后幾圈幾乎沒有效果但不影響衡器穩定性;電位器起始幾圈調整效果很明顯,這時電位器觸點位置變化和接觸電阻變化的影響就比較大,特別是一旦進入0.6圈的范圍內,一般的機械振動就可能引起衡器顯示值波動,影響衡器的準確性、穩定性。
    二、改進建議
    建議一:通常人們把串接于電位器W中電阻R1的作用誤認為“是為了防止電位器短路而設”,實為不妥。假如R1=0Ω、W=0Ω那么它對于電位器、稱重傳感器、衡器顯示器均無任何傷害,僅僅是此只傳感器無輸出信號而已。從曲線圖上可得知R1設置的目的,一是防止電位器起始幾圈調整過于靈敏造成穩定性過差,二是決定了調整量。如圖中W=200K、R1=10KΩ其最大調整量為(701.65Ω—657.7Ω)/ 704Ω=6.24%;假如R1=1KΩ其最大調整量可達(201KΩ∥704Ω—1KΩ∥704Ω)/ 704Ω=41%,如此大的調整量其穩定性肯定很差。調整量與穩定性是對矛盾體,要提高穩定性必然要減小調整量。近年來國產傳感器的質量有所提高,3%的調節量已足夠。因此可把影響接線盒穩定性很大的電位器初始0.6圈去掉,或去掉1.2圈,即加大R1的阻值。當R1=15KΩ調整量為4.16%; R1=20KΩ調整量為3.08%,這樣不僅排除穩定性的擔憂,調整電位器時也平滑得多。
    建議二:在接線盒使用說明書中大多注明“電位器已調中”。當W=200KΩ調中為100KΩ,從曲線圖中得知W=100KΩ時對應的阻值為699.52Ω,調整電位器W=0~100KΩ調了41.82Ω,W=100KΩ~200KΩ調了2.13Ω,調整下降的量是調整上升量的20倍,往往造成調到頭也升不上去,只得把顯示多的全部降下來。所謂調中應看效果,上升和下降的調整量應該相差不多才正確,為此電位器的“中點”應預調40KΩ為好。
    建議三:并聯式接線盒中的所有電阻、電位器均通過先串聯然后再把各支路并接在一塊,因此不能單獨測量電位器的實際阻值;不易回復原始位置;也不能判斷它的好壞,對調試和維修都帶來不便。唯一的辦法也只有將隔離電阻(R2或R3)的一角斷開,與其拆下焊上帶來麻煩,尚不如在線路板的正面設置可通斷的焊接端點。
    建議四:首先分析隔離電阻R2、R3處于兩個極端阻值產生的后果,當R2=R3=∞Ω時,相當于把傳感器輸出線斷開,衡器顯示器得不到信號;當R2=R3=0Ω時,各傳感器輸出調節回路W—R1等于全部并聯在一塊,相當于在總輸出端并接一個僅能衰減總輸出信號且與調節回路毫無關系的電阻,使調節無效。并聯式接線盒中隔離電阻的取值主要是由衡器顯示器的供橋電壓、最小分辨率以及傳感器輸出阻抗這三個主要方面來決定,不能盲目跟風國外。國產的衡器顯示器其供橋電壓一般為5V,儀表最小分辨率為0.1μv/d,因此隔離電阻的阻值(單只)為傳感器輸出阻抗1~2倍即可。建議:傳感器輸出阻抗為350Ω時R2=R3=750Ω;700 Ω時R2=R3=1.5KΩ;4KΩ時R2=R3=5KΩ,在基本保證隔離作用后盡可能地減少傳感器輸出電壓的損失。
    三、隔離電阻精度的要求
    隔離電阻的存在能減小傳感器輸出阻抗離散度對各傳感器輸出的影響。減小影響量的程度除了阻值的大小外還來源于電阻自身的質量指標,一是溫度系數要小,阻值越大受溫度影響的量就越大(略);二是對隔離電阻精度的要求。如圖1所示R2=R3=2.5KΩ,橋式傳感器輸出阻抗最大704Ω,原始的阻抗離散度4Ω/700 Ω=0.5714%。采用精度0.1%的電阻2個2.5KΩ的均差按0.1%計,為(2.5Ω+4Ω)/5700Ω=0.114%,輸出阻抗離散度降低0.5714%÷0.114%≈5倍,當然隨著調整電位器W降低的倍數不是個固定值,但最少也能降低3倍以上。市場上接線盒良莠不齊,有不少采用1%精度的隔離電阻,輸出阻抗離散度(25Ω+4Ω)/5700Ω=0.5088%與原始值的0.5714%已經接近,對傳感器輸出的影響就更大了。
    四、調整量與影響量的關系
    并聯式接線盒調整任一角電位器都會影響其它角傳感器輸出阻抗同方向的變動,也就是各傳感器間相互影響造成示值的變動。衡器顯示器顯示的差值=調整量+影響總量=[1+k(n-1)/n] •調整量,其中影響總量=[k(n-1)/n] •調整量,平均影響量=[k/(n-1)] •調整量(式中n為傳感器只數,k為輸出電路的品質因數k≤1)。在實際組秤偏載調試過程中,影響量并不是按平均分配的,主要是秤臺的分力作用形成近處影響大,遠處影響小。往往所壓砝碼重心位置不同,端頭四只傳感器與中部傳感器實際所得力值相當不同。受此影響數字式電子秤在傳感器受力不均時,數字角差修正的精度并不理想。
    以上對并聯式接線盒的改進建議僅僅是在原電路基礎上的小改進,唯有電路上的創新才能從根本上解決問題。能替代的數字式接線盒加上數字儀表固然可行,但存在成本高又太嬌氣的缺點,不便普及。
    五、新產品簡介
    經大量實踐驗證的《多用途模擬式接線盒》專利產品,最突出的特點是調整一角不影響其它角,基本上是調試一遍再復查一遍即可快速調平衡器偏載誤差;檢測元件不僅用于傳感器的調平還能方便檢測各傳感器的輸出值,有了具體數值就可以指導安裝和檢修;克服了傳統模擬式電子秤信號不可辨別以及各傳感器間相互影響,造成的不易調試、故障難查等弊端,使模擬式電子秤技術走向成熟。其維修版可適應傳感器靈敏度超差±20%的角差調試,調一角對其它角的影響量甚微。新型接線盒調試快捷、指導安裝、方便檢修又能穩定稱量精度等特點,其成本僅增加幾十元。采用專利新型接線盒的模擬式汽車衡可與數字式汽車衡相媲美,也是對某些廠家通過改變傳感器靈敏度壟斷市場份額的終結。
    專利簡易型接線盒是利用部分專利技術采取最簡設計制造的。主要特點是解決了調整回路對輸出零點的影響,調整是線性的效果均勻,可直接測出其值,調整量為6%。相比傳統并聯式接線盒其穩定性提升了2~3倍;對溫度、濕度的敏感程度小了一個數量級;調整一角影響其它角的總量降低約1.8倍;制造成本對等,是專利新型接線盒互補的過渡產品。
    相信在較短的時間內,專利(簡)新型接線盒將以優良的品質、極高的性價比,迅速取代現有并(串)聯式接線盒,有著非常好的應用前景。



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