地磅電容式稱重傳感器在汽車稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

針對我國目前大都采用的電阻應(yīng)變式傳感器汽車載重檢測系統(tǒng)的弊端，分析了用電容稱重傳感器進(jìn)行車輛稱重，從而實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)兩種方式測重，實現(xiàn)不受位置的約束。該稱重裝置不必另外加裝專用彈性體，而是利用車輛本身自帶的用來減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡單，具有一定的現(xiàn)實意義。

我國目前采用的幾種汽車載重檢測系統(tǒng)大都采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。這種傳感器是在彈性體的表面上粘貼電阻應(yīng)變片，由于彈性體在長期工作后剛度會有所降低，這將引起測量結(jié)果偏高 。而采用電容稱重傳感器進(jìn)行車輛稱重，能實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)兩種方式測重，實現(xiàn)不受位置的約束。該稱重裝置不必另外加裝專用彈性體，而是利用車輛本身自帶的用來減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡單。

電容式稱重傳感器，安裝在輪軸上方和車廂底部之間，它能夠把汽車載荷變化轉(zhuǎn)化為電容傳感器電容值的變化，經(jīng)過單片機分析處理就能夠獲得汽車的載荷值。假如汽車前后各有一條輪軸，其電路框圖如圖 1.1 所示.

由圖可知，首先汽車前后輪軸上的電容傳感器采集汽車載荷信息； A/D 轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后輸入到單片機上；單片機將對接受到的數(shù)字信號進(jìn)行運算和處理后，將測量結(jié)果輸出到液晶顯示屏；如果汽車載荷超過額定值時，將向去點火系統(tǒng)輸入控制信號，使汽車熄火，讓其無法正常行駛。

電容稱重傳感器在汽車上的安裝如圖 1.2 所示。

當(dāng)車廂內(nèi)的貨物兩邊輕重不同時，車輪上方的鋼板彈簧的變形會不同，會引起車廂傾斜。為降低彈簧變形不同帶來的誤差，將電容極板固定在輪軸的正中間，因此，當(dāng)車廂產(chǎn)生傾斜時，電容傳感器中心的相對高度仍然可以保持不變。其中電容上極板部分由上屏蔽板和上極板組成，固定在車廂下面，處于車架正中部；電容下極板部分由下屏蔽板和下極板組成，固定在車軸中間的正上方，電容上下兩板需要正好上下對齊。電容上下兩極板中屏蔽板要求接測量電路中的地。汽車每根輪軸正上方和車身之間都需要安裝一個電容稱重傳感器。

當(dāng)汽車裝上貨物后，輪軸上安裝的鋼板彈簧就會出現(xiàn)彈性變形，稱重傳感器極板間距 d 就會與原來不同，稱重電容的容量值也就會隨之產(chǎn)生變化。由于車輛載荷和彈簧的變形量成正比，所以，我們可以預(yù)先通過實驗的方法標(biāo)定出電容測量電路輸出電壓值與汽車輪承受載荷之間的線性關(guān)系，然后就能依據(jù)各軸上安裝的電容傳感器輸出的電壓值測出該軸的承受質(zhì)量。將汽車各軸上所對應(yīng)的載荷質(zhì)量全部相加，就可以求得該車總的載荷質(zhì)量。

根據(jù)車身的大小和電容成本的考慮 , 電容傳感器上下極板的面積不能做的很大，又因車廂底部一般離輪軸比較遠(yuǎn)，根據(jù)電容值和極板面積、極板間距的關(guān)系，會造成兩極板間的電容值相對較小 , 通常小于 1pF。但是大地和電容傳感器極板引線間的雜散電容通常卻大大超過 1pF。所以 , 為了能夠更好的精確測量電容傳感器的容量，建議采用四相檢測電荷轉(zhuǎn)移式微電容測量電路 , 測量電容的分辨率可以達(dá)0.001pF左右，靈敏度更是要高于1V/pF.

汽車在和計算原理

以四輪兩軸汽車為例，若在汽車上安裝的電容傳感器相同，汽車所用鋼板彈簧相同，設(shè)空車質(zhì)量為m0，汽車載荷質(zhì)量為mL，當(dāng)汽車保持靜止或勻速運動狀態(tài)時，其受力平衡，，則有如下等式：