谈多传感器组合称重测量的信号叠加原理及应用

　　引言

　　电子衡器经常需要多传感器组合来实现称重测量, 这是与其它计量测试系统的不同之处。根据称重传感器输出端的联接形式的不同, 可以分为串联、并联、混合联三种不同的方式, 下面分别讨论不同组合形式的信号叠加原理。

　　一、多传感器串联组合测量

　　电子衡器的称重测量系统一般由三大部分组成( 1) 机械构件;( 2) 称重传感器及其组合电路;( 3)称重显示仪表。

　　多传感器组合称重时, 传感器参数的一致性、各传感器的激励电源电压等, 都要求满足一定的条件才能确保测量结果的准确性, 即传感器所受载荷之和与被测重量成正比。

　　单个传感器组合称重时, 设传感器的输出电压灵敏度为 S, 传感器额定载荷为 Fm, 激励电压为 Us,传感器承受载荷为 F, 那么, 其输出信号的大小为:

　　多传感器串联组合称重时, 仅要求各传感器的输出电压灵敏度一致, 各传感器的激励电源电压大小相等而且相互独立、浮置, 其信号输出回路的等效电路如图 1 所示: U0为多传感器组合后的输出电压信号的大小; U1、U2、 Un分别为各传感器的输出电压信号的大小; n 为组合传感器数量; m 为组合电路中的并联支路数, R1、R2、 Rn为各传感器的输出阻抗。从图中可以看出, 串联组合时 m=1, 多传感器串联组合后输出信号为:

　　总的输出信号为各传感器输出信号之和, 总的输出阻抗为各传感器输出阻抗之和。

　　可以保证多传感器串联组合后总输出信号 U0与被测总重量成正比。

　　二、多传感器并联组合测量

　　多传感器并联组合时, 要求各传感器的输出电压灵敏度的大小一致, 除各激励电源电压大小一致外, 还要求各传感器的输出阻抗的大小也一致。其信号输出回路的等效电路如图 2 所示:

　　从上图可以得出: 多传感器并联组合称重时m=n, 总的输出信号为各传感器输出信号之和的 1/n,总的输出阻抗约为单个传感器输出阻抗的 1/n。

　　这样, 多传感器并联组合后总的输出信号 U0与被测总重量 W 成正比。

　　三、多传感器混合联组合测量

　　我们以先串联后并联的混合组合为例, 谈一下多传感器混合联组合称重, 其信号输出回路的等效电路如图 3 所示, 先将 n 个传感器输出端串联连接,然后把 m 组串联的总输出再并联连接。各传感器需要一个相互独立而且浮置的激励电源, 并且各激励电源电压要求一致; 各传感器串并联混合组合的输出电压灵敏度与其输出阻抗比值的大小一致; 根据上面多传感器串联、并联组合的讨论结果我们可以推出先串联后并联的混合组合称重, 各传感器所承受载荷之和与被测总重量成正比: