電子汽車地磅顯示器與秤體之間數據線的限制
上海捷微電子科技有限公司
一、前言
汽車地磅這類大型衡器的稱重顯示器與傳感器或接線盒之間往往需要用較長的電纜來連接。*，由于溫度變化對電纜電阻值的影響，會使傳感器供橋電壓發生變化，引起測量誤差。國外一些稱重顯示器廠家早就對其連接電纜的阻值或長度提出了限制。現OIML R76號建議對此也提出了要求。
但是我想很多人不會考慮到，對連接電纜阻值或長度的限制不僅與溫度有關，還與所連接的傳感器的輸入阻抗有關，與顯示器使用的分度數有關。
二、電纜“誤差”
這里所謂的電纜“誤差”，是指稱重顯示器與傳感器或接線盒之間連接電纜的阻值因溫度改變帶來的測量誤差。傳感器在出廠前必須進行溫度補償才能使計量指標在所要求的使用溫度范圍達到所規定的要求，通常對傳感器的的溫度補償分為不帶電纜和帶有連接電纜。但連接電纜長度一般不超過三米。在實際使用中這樣的長度往往不能滿足要求。特別大型衡器連接電纜長度往往長達數十米、甚至上百米。這樣長的電纜電阻壓降不僅使傳感器的實際供橋電壓明顯小于供橋電壓的名譽值，即顯示器的輸出端的供橋電壓。而且由于溫度變化引起電纜阻值的變化，也會造成明顯的測量誤差。
電纜在稱重系統中不是一個獨立的組件，它本身不能完成特定的測量功能，也無法對它的影響進行單獨的測定。但它是稱重顯示器*的部分、是稱重系統的一部分。在稱重系統中，傳感器是一個獨立組件，而顯示器加上電纜構成另一個組件。顯示器的誤差與電纜的誤差是相關的，根據誤差合成理論，這兩項的誤差計算應服從代數和相加（參看圖1）。對衡器而言，zui大分度數nmax與zui大載荷loadmax和分度值e，則
e=maxmaxnload 衡器的誤差分量系數，對于顯示器通常取得Pi=0.5。圖1給出了顯示器的Es，電纜zui大誤差Ecable•max和顯示器zui終值的誤差Emax，則有
Es+Ecable•max≤Emax
電纜誤差相對于zui大量程的百分誤差可表示為
Ecable•max％=%100Pmaxienmpe⋅⋅⋅－Es％
電纜的zui大允許誤差是根據Es的大小而定。
三、電纜的zui大長度
根據上面確定的Ecable•max值，用實驗方法或計算方法來確定電纜的zui大長度或zui大阻值。
1、實驗法
首先測量在無連接電纜時（Rc=0），顯示器在zui小載荷loadmix和zui大載荷loadmax的顯示值為DO1和DO2。并計算無連接電纜時的量程差。
S1= DO2- DO1
其次測量連接模擬阻值為R電纜時（Rc=R）。顯示器在zui小載荷loadmix和zui大載荷loadmax的顯示值DR1和DR2，計算有連接電纜時的量程差。
S2=DR2-DR1
再計算出有無連接電纜時，顯示器的量程改變值為
ds=S2-S1
和量程改變值的相對百分值為
ds％=100•ds/SL％
再根據接入電纜電阻值R，計算在連接模擬電阻情況下，每歐姆（ohm）的量程改變的相對百分值為
Sx= ds％/R [％每歐姆]
導線的電阻的物理表示為
R=ρ•L/q
其中ρ為導線的電阻率，ρ20=0.0169[Ω•mm2•m-1]為20℃時，銅的電阻率。L為導線長度，q為導線的截面積。電阻隨溫度變化相對20℃時的關系式為
R=R20[1+α（t-20）]
對于面積為1mm2的銅線，當溫度在20℃上下改變25℃時，α=4•10-3。此時的電阻值為
RΔ=R20（1±4•10-3•25） RΔ=R20（1±0.1）
由此可求出每改變25℃時，每歐姆的量程改變相對百分值為
Sx25=Sx•0.1[％每歐姆，每25℃]
用Rcable表示所允許的連接電纜的zui大電阻值，由此根據所確定的電纜誤差的相對值，可求出電纜的zui大允許電阻值和電纜的zui大長度。參看圖2，此時電纜有兩根導線與傳感器的輸入端相接，則有
Ecable•max％=Sx25•2•Rcable
Rcable=Ecable•max％•2521xS⋅
Rcable=Ecable•max％•xS⋅⋅1.021
和Lcable=q•0.0169Rcable[m/mm2]
2、計算法
由圖2可得以下諸關系式
（VVLC）=CLCLCRRR2+和每改變25℃時的（VVLC）25=）1.01（2±+RRRLCLC和（VLC/V）改變25℃時的相對變化的百分比值
cV=（）（）（）VVVVVVLCLCLC///25−•100％
由于cV=Ecable•max％zui后可得 RC=RLC•（）0.2220maxcablemaxcable±−⋅⋅％E％E[Ω]
另外， RC=ρ•L/q
則顯示器和接線盒或傳感器之間電纜的zui大允許長度為：
Lcable•max=q•（）[]0.2220ρmaxcablemaxcableLC±−⋅⋅⋅E％ER[m/mm2]
和 Rc•max=（）maxcablemaxcableL8.120％cR⋅⋅⋅−⋅EE[Ω]
四、討論
1、由于％的確定是根據衡器或顯示器在使用時的zui大分度數nmax確定，只要進一步考慮就可發現它還與所連接的傳感器輸入阻抗有關，還與顯示器在高溫限和低溫*的偏差值有關。 maxcable⋅E
2、Es值一般推薦根據在高溫*顯示器的偏差值Ehigh和低溫*顯示器的偏差值E10w的差值的一半來確度，即Es可選定為[owhighlEE−]/2。所以若顯示器的高、低溫示值已非常接近它的zui大允差值時，連接滿足允差長度的導線也不一定能確保顯示器不超差。
3、高溫時由于導線電阻值增加，這會使加至傳感器的供橋電壓低于衡器在常溫（20℃或25℃）時供橋電壓，使顯示器顯值偏低。反之低溫時導線對顯示器顯值的影響相反。這種有時對傳感器的溫度特性是有利的，有時是不利的。
4、從以上討論可以看出對連接電纜的限制與顯示器和傳感器的溫度特性有關，對于需要測量的情況下，根據實際使用的溫度范圍和顯示器、傳感器的溫度特性仔細考慮或實測來確定電纜的影響。下面給出一些參考數據 截面積mm2
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技術研發科
2012-06-15
