称重传感器并联后的误差及附加误差

 

 多只传感器并联后的综合误差应该为:

 

δr=δ/√n

 

 

 

 

多只传感器并联后的输出为:

 

R1:R ( 1- b- c- d)   R2:R ( 1- a- c- d)  R3:R( 1- a- b- d)   R4:R ( 1- a- b- c)

 

并联后的输出为  U0‘=1/4[e1 ( 1+3a/4- b/4- c/4- d/4) +e2 ( 1+3b/4-
a/4- c/4- d/4) +e3 ( 1+3c/4- a/4- b/4- d/4) +e4 ( 1+3d/4-
a/4- b/4- d/4) ]

 

若为三只传感器,则输出为:

U0‘=1/3 [e1 (1+2a/3- b/3- c/3) +e2( 1+2b/3- a/3- c/3)
+e3 ( 1+2c/3- a/3- b/3) ]

 

若两只传感器并联则 :

U0‘=1/2[e1 ( 1+a/2- b/2) +e2 ( 1+b/2- a/2) ]

 

如果传感器的输出阻抗相同, 即a=b=c=d, 则上
式分别为:
U0‘=1/4( e1+e2+e3+e4) ; U0‘=1/3( e1+e2+e3) ;
U0‘=1/2( e1+e2)

 

e1 e2 e3 e4 分别为每只传感器的开路输出电压。

 

 

若各传感器的输出阻抗不相等或载荷分配不均时,则不能用上式计算。此时附加误差为: σ=( U0-U0‘) /U0。

 

 

 

 

 单只传感器的综合误差为:

 

  delta(非线性误差)^2 +delta(滞后)^2 +delta(重复性)^2  +....

这样得到各个误差平方的和,然后对得到的数进行开平方,即得到综合误差。

 

多只传感器组称得到的综合误差为:δr=δ/√n (上面已经提到)

  

 

 

 

 

 

<think>好的,我现在需要回答用户关于悬臂梁称重传感器并联使用的方法和电路设计的提问。首先,我得回忆一下称重传感器的基本知识。悬臂梁传感器通常是应变片式的,通过测量应变片的电阻变化来检测重量。并联使用多个传感器,可能是为了增加量程或者提高系统的冗余性。 接下来,我需要考虑并联使用的目的。用户可能希望将多个传感器组合使用以分担负载,这样每个传感器的负荷不会超过其额定容量,从而延长使用寿命或提高测量范围。例如,在大型称重系统中,比如地磅,通常会使用多个传感器并联。 然后,电路设计方面是关键。应变片传感器通常采用惠斯通电桥电路,将电阻变化转换为电压信号。当多个传感器并联时,需要考虑如何连接它们的电桥电路。可能的做法是将每个传感器的电桥输出并联,这样总输出信号是各个传感器信号的平均值。但这样可能存在一些问题,比如各个传感器的灵敏度不一致,导致输出误差。 另外,信号调理电路也是重要部分。并联后的信号可能需要放大,模数转换,以及可能的温度补偿。每个传感器的输出可能需要单独放大后再合并,或者先合并再放大。这时候需要考虑信号干扰和噪声的问题,可能需要使用低噪声的运算放大器,并合理设计PCB布局以减少干扰。 还需要注意每个传感器的校准。由于制造差异,每个传感器的输出特性可能不同,并联使用前必须进行单独校准和整体校准。可能需要使用多点校准方法,确保在不同负载下整个系统的线性度和准确性。 另外,供电方面,多个传感器需要稳定的激励电压,可能需要考虑电源的负载能力,避免电压下降影响测量精度。同时,激励电压的稳定性直接影响到输出信号的准确性,所以可能需要使用精密电压基准源。 然后,关于并联的具体电路连接方式。比如,四个传感器组成全桥,并联时可能需要将对应的桥臂并联,但这样可能会改变电桥的等效阻抗,影响灵敏度。或者,每个传感器独立连接到一个电桥,然后将各电桥的输出叠加。但这样会增加电路的复杂度,可能需要更多的运算放大器来处理各个信号。 还有一种可能是使用求和电路,将各个传感器的输出信号通过运算放大器进行求和,再进行处理。这时候需要考虑各个信号的相位是否一致,避免相互抵消。可能需要调整每个传感器的增益,使得它们的输出在合并时能够正确反映总负载。 此外,机械安装的均匀性也很重要。并联使用时,各个传感器的受力必须均匀,否则会导致某些传感器过载而其他未充分利用。这涉及到机械结构的设计,比如使用均载装置或者确保安装位置的对称性。 可能还需要考虑温度补偿,因为温度变化会影响应变片的电阻值。如果各个传感器的温度特性不一致,并联后的输出可能会有温度漂移,所以需要在电路设计中加入温度传感器进行补偿,或者在软件中进行温度校正。 最后,软件处理方面,可能需要采集各个传感器的信号并进行数据融合,比如加权平均,或者根据校准数据调整每个传感器的贡献,以提高整体测量的准确性。此外,故障检测也是必要的,比如某个传感器失效时,系统能够检测并排除其影响,保证系统的可靠性。 总结一下,并联使用悬臂梁称重传感器需要注意电路设计中的信号合并方式、校准、供电稳定性、机械均匀性、温度补偿以及软件处理等方面。需要综合考虑各个因素,确保系统的精度和可靠性。</think>### 悬臂梁称重传感器并联使用方法及电路设计 #### 一、并联实现方法 1. **机械均载设计** 多个悬臂梁传感器需通过均载结构(如杠杆、刚性平台)保证受力均匀分布[^2]。例如,在称重平台四角安装4个传感器,通过机械结构将载荷均匀分配至每个传感器。 2. **电路并联方式** 将多个传感器的惠斯通电桥输出端并联,等效电路如下: ``` 传感器1电桥输出+ ---┬--- 总输出+ 传感器2电桥输出+ ──┤ ... │ 传感器n电桥输出+ ──┘ (同理处理负端) ``` 此时总输出电压为各传感器输出的平均值,需确保所有传感器激励电压一致[^3]。 #### 二、关键电路设计 1. **激励电源设计** - 采用高稳定性恒压源(如LM336基准源)为所有传感器供电 - 并联后总阻抗降低,需核算电源负载能力: $$I_{total} = \frac{V_{ex}}{R_{sensor}/n} \quad (n为并联数量)$$ 2. **信号调理电路** ```text [传感器并联输出] → [仪表放大器(AD620)] → [低通滤波器] → [ADC] ``` - 仪表放大器需选择高共模抑制比(CMRR > 100dB)型号 - 滤波截止频率设置为传感器响应频率的5-10倍 3. **校准电路** 建议每个传感器预留独立校准接口: ```python # 校准示例伪代码 def calibrate(sensors): for sensor in sensors: apply_zero_load() store_zero_offset() apply_full_scale_load() store_gain_factor() ``` #### 三、误差控制技术 1. **灵敏度匹配** 选择灵敏度公差≤0.1%的传感器,或通过软件补偿: $$V_{total} = \sum_{i=1}^n k_iV_i \quad (k_i为校准系数)$$ 2. **温度漂移补偿** 添加温度传感器(如DS18B20),建立温度-输出误差查找表: $$V_{corrected} = V_{raw} \times [1 + \alpha(T-T_0)]$$ 3. **电缆电阻补偿** 采用六线制接法消除引线电阻影响: ``` Excitation+ ---传感器--- Sense+ Excitation- │ Sense- └── 引线补偿反馈 ``` #### 四、典型应用场景 1. 大型平台秤(≥1吨量程) 2. 多支点称重系统(如反应釜称重) 3. 高可靠性要求场景(如电梯超载保护)
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