地磅電容式稱(chēng)重傳感器在汽車(chē)稱(chēng)重系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

針對(duì)我國(guó)目前大都采用的電阻應(yīng)變式傳感器汽車(chē)載重檢測(cè)系統(tǒng)的弊端，分析了用電容稱(chēng)重傳感器進(jìn)行車(chē)輛稱(chēng)重，從而實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式測(cè)重，實(shí)現(xiàn)不受位置的約束。該稱(chēng)重裝置不必另外加裝專(zhuān)用彈性體，而是利用車(chē)輛本身自帶的用來(lái)減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

我國(guó)目前采用的幾種汽車(chē)載重檢測(cè)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(zhǎng)期工作后剛度會(huì)有所降低，這將引起測(cè)量結(jié)果偏高 。而采用電容稱(chēng)重傳感器進(jìn)行車(chē)輛稱(chēng)重，能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式測(cè)重，實(shí)現(xiàn)不受位置的約束。該稱(chēng)重裝置不必另外加裝專(zhuān)用彈性體，而是利用車(chē)輛本身自帶的用來(lái)減振用的鋼板彈簧，因此結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單。

電容式稱(chēng)重傳感器，安裝在輪軸上方和車(chē)廂底部之間，它能夠把汽車(chē)載荷變化轉(zhuǎn)化為電容傳感器電容值的變化，經(jīng)過(guò)單片機(jī)分析處理就能夠獲得汽車(chē)的載荷值。假如汽車(chē)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(chē)前后輪軸上的電容傳感器采集汽車(chē)載荷信息； A/D 轉(zhuǎn)換器將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后輸入到單片機(jī)上；單片機(jī)將對(duì)接受到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理后，將測(cè)量結(jié)果輸出到液晶顯示屏；如果汽車(chē)載荷超過(guò)額定值時(shí)，將向去點(diǎn)火系統(tǒng)輸入控制信號(hào)，使汽車(chē)熄火，讓其無(wú)法正常行駛。

電容稱(chēng)重傳感器在汽車(chē)上的安裝如圖 1.2 所示。

當(dāng)車(chē)廂內(nèi)的貨物兩邊輕重不同時(shí)，車(chē)輪上方的鋼板彈簧的變形會(huì)不同，會(huì)引起車(chē)廂傾斜。為降低彈簧變形不同帶來(lái)的誤差，將電容極板固定在輪軸的正中間，因此，當(dāng)車(chē)廂產(chǎn)生傾斜時(shí)，電容傳感器中心的相對(duì)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(chē)廂下面，處于車(chē)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(chē)軸中間的正上方，電容上下兩板需要正好上下對(duì)齊。電容上下兩極板中屏蔽板要求接測(cè)量電路中的地。汽車(chē)每根輪軸正上方和車(chē)身之間都需要安裝一個(gè)電容稱(chēng)重傳感器。

當(dāng)汽車(chē)裝上貨物后，輪軸上安裝的鋼板彈簧就會(huì)出現(xiàn)彈性變形，稱(chēng)重傳感器極板間距 d 就會(huì)與原來(lái)不同，稱(chēng)重電容的容量值也就會(huì)隨之產(chǎn)生變化。由于車(chē)輛載荷和彈簧的變形量成正比，所以，我們可以預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法標(biāo)定出電容測(cè)量電路輸出電壓值與汽車(chē)輪承受載荷之間的線(xiàn)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(cè)出該軸的承受質(zhì)量。將汽車(chē)各軸上所對(duì)應(yīng)的載荷質(zhì)量全部相加，就可以求得該車(chē)總的載荷質(zhì)量。

根據(jù)車(chē)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(chē)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(huì)造成兩極板間的電容值相對(duì)較小 , 通常小于 1pF。但是大地和電容傳感器極板引線(xiàn)間的雜散電容通常卻大大超過(guò) 1pF。所以 , 為了能夠更好的精確測(cè)量電容傳感器的容量，建議采用四相檢測(cè)電荷轉(zhuǎn)移式微電容測(cè)量電路 , 測(cè)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(chē)在和計(jì)算原理

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