称重轨轨道衡的技术分析

　　传统的轨道衡需要修建秤体基础及固定道床,自主开发研制的新型GCU-100B称重轨轨道衡,又叫无基坑式轨道衡,采用两对称重轨组成二次轴计量轨道衡,并特制机械框架,机械框架为称重轨提供一个工作平台,称重轨动态轨道衡不需要混凝土及整体道床,顺序将机械框架安放于铁路渣石道床上,称重轨两端用鱼尾板与铁路轨连接;称重应变片直接嵌入铁轨中,应变片的电压输出正比于轨道上某一段特殊位置的弯距,称重轨不需要与连接轨脱离,不需基坑和水泥基础;称重软件自动完成预处理、数据采集、软件滤波、设状态标志、车种车位判别、滤除车头、数据处理、速度计算、收尾判别、显示、打印、存盘等任务,采用全模拟判别。Z35型铁水罐车经过该衡,计算机自动显示、打印重量,不需要人为干预。适合应用于冶金企业铁水罐车的动态计量,是标准计量领域的科技新成果。

　　1　技术分析

　　1·1　称重轨原理

　　称重轨是美国Kilo-Wate公司斯尼德先生1979年发明并申请了专利。由于使用了电阻应变片组成桥路,所以又将斯尼德先生发明的称重轨称为斯尼德桥———Snead Bridge。所谓称重轨即是在一段使用特殊材料轧制的钢轨的轨底面上按照一定的尺寸、顺序粘贴四片电阻应变片,并将四片电阻应变片组成惠斯登电桥,当钢轨受到压力变形时,电桥在供桥电源的作用下会有一电压信号输出。称重轨及称重轨波形如图1、图2所示。单个应变片的电阻值变化量正比于钢轨上该位置的弯矩,铁轨上的4个应变片用来测量4个位置的弯矩,4个位置弯矩是重力(W)和位置的函数。

　　假设4个位置的弯矩分别为M1、M2、M3、M4,重力W作用于坐标的a-d段时,有下式成立:

　　其中K为支点的长度。而当重力W作用于坐标的a-d段之外时,有下式成立:

　　1·2　MWS-2型转换器原理说明

　　MWS-2型称重转换器即通常所说的通道部分,是专门为称重轨轨道衡所设计的仪表,由±15V电源、传感器供桥电源(±10V/300mA)、±5V电源、放大滤波单元、开关电路、A/D转换器、三态门等组成。A/D转换器选用16位高速转换器,其输出为65536码。A/D转换器输出的16位二进制数经三态门变为两个8位二进制数,通过并行接口8 255送计算机。A/D转换器启动及定时由计算机软件完成,转换速率为1 000次/s。放大器增益由200倍至600倍连续可调。MWS-2型称重转换器满量程输入为8mV至25mV。

　　1·3　利用温度传感器通过软件技术自动修正传感器温度误差

　　称重轨准确度范围为0·5级~1·0级,在这样的精度下安装的电子动态轨道衡准确度根本不能达到0·5级。对输入输出阻抗均为350Ω分析,发现该称重轨没有温度补偿电路。其精度低的原因可能受温度影响。在实验室进行恒温测试(20℃),其精度达到0·07%,证实了温度是影响精度的主要因素。