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稱重顯示器連接電纜的限制

上海香川電子衡器有限公司

一、前言

汽車衡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。眾所周知，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(fā)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(xiàn)OIML

R76號國際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(guān)，還與所連

接的傳感器的輸入阻抗有關(guān)，與顯示器使用的分度數(shù)有關(guān)。

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(biāo)在所要求的使用

溫度范圍達到所規(guī)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(shù)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(tǒng)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。但它是稱重顯示器必不可少的部分、是稱重系統(tǒng)的一部分。在稱重

系統(tǒng)中，傳感器是一個獨立組件，而顯示器加上電纜構(gòu)成另一個組件。顯示器的誤差與電纜

的誤差是相關(guān)的，根據(jù)誤差合成理論，這兩項的誤差計算應(yīng)服從代數(shù)和相加（參看圖1）。

對衡器而言，最大分度數(shù)nmax與最大載荷loadmax和分度值e，則

Pi為衡器的誤差分量系數(shù)，對于顯示器通常取得Pi=0.5。圖1給出了顯示器的Es，電纜

最大誤差Ecable·max和顯示器最終值的誤差Emax，則有

Es+Ecable·max≤Emax

電纜誤差相對于最大量程的百分誤差可表示為

Ecable·max％=%100Pmaxienmpe.

..－Es％

電纜的最大允許誤差是根據(jù)Es的大小而定。

三、電纜的最大長度

根據(jù)上面確定的Ecable·max值，用實驗方法或計算方法來確定電纜的最大長度或最大阻

值。

1、實驗法

首先測量在無連接電纜時（Rc=0），顯示器在最小載荷loadmix和最大載荷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）。顯示器在最小載荷loadmix和最大載荷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(jù)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(dǎo)線的電阻的物理表示為

R=ρ·L/q

其中ρ為導(dǎo)線的電阻率，ρ20=0.0169[Ω·mm2·m-1]為20℃時，銅的電阻率。L為導(dǎo)線

長度，q為導(dǎo)線的截面積。電阻隨溫度變化相對20℃時的關(guān)系式為

R=R20[1+α（t-20）]

對于面積為1mm2的銅線，當(dāng)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最大電阻值，由此根據(jù)所確定的電纜誤差的相對值，

可求出電纜的最大允許電阻值和電纜的最大長度。參看圖2，此時電纜有兩根導(dǎo)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]

四、討論

1、由于％的確定是根據(jù)衡器或顯示器在使用時的最大分度數(shù)nmax確定，只要進

一步考慮就可發(fā)現(xiàn)它還與所連接的傳感器輸入阻抗有關(guān)，還與顯示器在高溫限和低溫限時的

偏差值有關(guān)。

maxcable.E

2、Es值一般推薦根據(jù)在高溫限時顯示器的偏差值Ehigh和低溫限時顯示器的偏差值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

非常接近它的最大允差值時，連接滿足允差長度的導(dǎo)線也不一定能確保顯示器不超差。

3、高溫時由于導(dǎo)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(dǎo)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(guān)，對于需

要精確測量的情況下，最好根據(jù)實際使用的溫度范圍和顯示器、傳感器的溫度特性仔細(xì)考慮

或?qū)崪y來確定電纜的影響。