电子轨道衡作为铁道车辆称重使用的电子称重设备，目前在国民经济中应用越来越广泛。电子轨道衡有静态和动态两种工作方式,工作原理基本相同,都是称重传感器感应由机械台面传来的物体重量信号，并按一定的比例关系转换成与其重量相对应的电信号，再通过二次仪表进行信号处理，最终在计算机上显示车辆的重量数值。电子轨道衡称重具有反应速度快、精度高、体积小、自动化程度高、维护方便等诸多优点。其中动态过磅的动态电子轨道衡，有着过磅速度快的特有优点,受到许多用户的青睐。结合江西铜业集团公司永平铜矿的基坑型、单台面、以转向架为计量方式的电子轨道衡，分析动态电子轨道衡的工作原理。
1称重原理分析
电子轨道衡一般由机械台面（或传力机构）、传感器、二次仪表和计算机（显示装置）四部分组成,其称重信号处理顺着这四部分自上而下逐步进行，这也是一般电子称重设备的信号处理流程。下面对这四个部分工作原理逐一加以分析。
1.1机械台面
轨道衡的机械台面系统要求有足够的刚度和强度，同时必须做到传力准确。在结构上，主要由台面钢轨、过渡器、限位器、承重梁组成。台面钢轨和过渡器安装在承重梁上，直接与车辆轮对相接触。限位器是必要的辅助装置,起限制整个秤架摆动的作用。承重梁则在车辆与传感器之间起到力的传递作用。
1.1.1台面轨
对台面轨有物点要求:（1）台面轨与其两端各长15m的引轨要在同一水平线上。引轨必须笔直，其基础要十分牢固，不能有松动。如果台面轨与引軌不在同一水平线上，而是存在坡度,过磅车辆的重心线必将偏离本来的位置，产生称重误差。（2）两根台面轨要在同一水平面上。这样可避免车辆轮对对钢轨产生侧向力而影响重力的传输，同时也是传感器正确使用的前提条件。
1.1.2过渡器
弓I轨和台面轨之间存在着缝隙，如果不加处理,则车辆进出台面时会对台面产生较大冲击，影响称重精度，并且很容易损坏传感器。过渡器是台面和引轨的联接轨，它用来减少钢轨接头冲击所引起的振动。过渡器一般安装成随动桥式的，并且保持灵活。其外形一般做成顶部纵向成弧形，最高点高出台面轨车轮经过过渡器时，自然会绕过横向轨缝，从而有效减少冲击振动。
1.1.3限位器
限位器对动态轨道衡来说是至关重要的部件，它对感量和称量值有直接的影响。这是由于车辆进入和离开台面会对台面产生冲击，车轮与钢轨之间也存在动摩擦，使承重梁产生摆动，影响力的传输。为了限制承重梁的摆动幅度，必须使用纵向和横向的限位装置。其一端固定在基坑上，另一端控制承重梁的位移。限位器的状态不能太紧或太松。太紧会使整个秤的灵敏度降低，；太松会使传感器的侧向力加大,具体表现为数据分散，变差加大。永平铜矿轨道衡使用了四根纵向拉杆和四根横向拉板进行限位，拉板的松紧程度可由螺栓调整。
1.1.4承重梁
承重梁不与基坑相连，是悬空的,靠限位拉杆固定在传感器上，其自身重量全部由传感器承受。承重梁要保持灵活，才能将车辆的重量无损失地传递给传感器。
1.2传感器
传感器是电子称重设备中完成力一电转换的关键部件，也是影响称重精度的主要部件。传感器安装在承重梁的底部,固定在一块可调高度的垫铁上。通过调整垫铁,可以调整台面的水平面。传感器的力一电转换精度很高，一般在0.5%~0.01%。在电子称重中普遍采用的是称重传感器。
1.2.1转换原理
传感器的力一电转换是利用传感器内部的金属丝（即电阻应变片）在受压发生弹性变形时,其电阻值也产生相应变化这一物理性能进行工作的，这一特性称为电阻的“应变一电阻效应”。电阻应变片外形及其在传感器内部的位置见图1所示。

（b）传感器内部的应变片

图1电阻应变片
Fig1Resistancestrainpiece
1-敏感栅；2-引线；3-粘结剂；4-盖层；5-基底
电阻应变片:用粘合剂粘贴在金属弹性元件表面，在横向和纵向上都粘贴有两片，并接成桥式测量电路，如图2。如果在弹性元件上加上重量W,电阻应变片随同弹性元件一起变形，应变片的阻值将发生变化。通过测量阻值的变化,就可间接得到外加重量W的值（一般是测其输出的电压值）。图3是传感器安装结构示意图。

图2电阻应变片测量电路
Fig2Themeasurecircuitofresistancestrainpiece

图3传感器安装结构示意图
Fig3Theinstallingstructuresketchofloadcell

1.2.2电路联接原理
转向架计量方式的动态电子轨道衡使用了四只20t的柱形传感器共同支撑称重台面，能称量100t的铁道车辆。为得到各个传感器输出信号的总和，四个传感器桥路采用了并联的联接方式，用24V直流恒压源激励，如图4所示。
由于采用的是同一型号的称重传感器，其输出阻抗基本一致，故桥路输出总电压Ua为各个桥路输出的算术平均值：
站（S+U站韓+U翕4
图4中,E为传感器激励电源电压，并联后输出信号为0,各传感器的输出电阻为R如灵敏度为岛,输出电压为仏，载荷容量为G,根据叠加原理有（把J?，、&看成短路）,有:
其中朋/G,而K,=S/（册G）称为传感器特性系数，月为各砖感器上分别承受的重量。

仅与传感器上的总重量成正比,而与各传感器的受力状况无关,条件是各传感器的特性系数要一致，即四只传感器的灵敏度、输出电阻、载荷容量相同。可以在每个传感器的两输出端各串接一只低温系数的电阻％,这样能减少因传感器输出阻抗不等而影响传感器的总输出。
1.2.3称重传感器的特性参数
称重传感器的主要性能参数有:额定载荷、输出灵敏度、非线性、蠕变、滞后.、重复性、零点输出、零点漂移、输出温度影响等。由于制造传感器的技术不断进步，在实际应用中,通常只需考虑灵敏度、滞后、重复性和非线性对称重的影响。下面介绍其中一些基本概念。
灵敏度:指额定载荷下，供桥电压为IV时的输出电压（mV/V）；若传感器灵敏度系数不一致，则同一物体置于称台的不同位置,就会显示不同重量，从而影响称重精度,其原因前面已论述。
滞后:传感器的滞后误差对称重的影响较大。当轮对进入台面后，前两个传感器的载荷最大，然后逐渐减少，使用加载曲线段;而后两个传感器的载荷逐渐增加,使用卸载曲线段。当加载曲线段和卸载曲线段不重合时,会给输出引入较大误差。滞后误差较大时，一般只有更换传感器。
重复性:表现为某一称量点重复称量的误差。这是一个随机的量,在应用中很难消除它的影响，合格的传感器的重复性误差很小,不会影响使用精度。
非线性:会影响某一称量段的称重。表现为一个系统误差，可以在数据处理中进行补偿。
1.3二次仪表
二次仪表对传感器输出的模拟信号进行放大、滤波处理,并进行A/D转换，然后将数据输出给计算机进行数据处理。二次仪表我们也称作通道。通道对传感器的信号处理不好，会直接影响称重准确度。图5是通道电路原理图。

1.3.1前置放大器
传感器输出的信号为毫伏级，输出灵敏度一般为l~3mV/V。轨道衡传感器使用的是24V供桥电压,其最大输出为24mV,电信号比较弱。二次仪表在信号处理前，必须对传感器输岀的电信号进行放大。放大器要求输入阻抗大，漂移小,增益高，噪声低。永平铜矿轨道衝采用进口的高精密放大器ICL7650作为前置放大器。放大倍数约为100倍。
放大器的放大倍数应与传感器及A/D转换器相匹配。可以计算出二次仪表应有的放大倍数。由于传感器的灵敏度为ImV/V,供桥电压为24V,那么在额定载荷20t的作用下单个传感器的输出电压为：
t/o=24VxlmV/V=24mV
此24mV代表20000kg的重量，则每kg表示的电压为：
^1=24mV/20000kg=0.0012mV/kg
而A/D转换器ADC1130是14位的，最大输出数值为3FFFH,代表着16383kg的重量值，这是四个传感器感应重量的平均值。由于A/D转换器的满量程输出电压为10V,转换数字为3FFFH,对应为16383kg的重量。则每kg表示的电压为；
7^2=10V/16383kg=0.61mV/kg
由此可以算出放大倍数：
X=Kj術=0.61mV/0.0012mV=508
即放大器应放大的倍数为508倍。前置放大器只放大了约100倍，剩下的约5倍的放大倍数则由滤波器来完成。
1.3.2滤波器

图6低通滤波器
Fig6Thelowpass

车辆在台面上行使时会对台面产生振动，使传感器输出的直流信号又叠加了一个交流分量，影响称重精度。由于车辆在台面上的行使速度较低（一般小于15km4i）,故叠加的振动信号属于低频信号。在电路上要抑制这种低频信号，一般采用低通有源滤波器。图6是二阶低通滤波器的电路形式，这种滤波器能获得较好的滤波效果，而且兼有信号放大作用，放大倍数约为5倍。
1.3.3A/D转换
永平铜矿轨道衡A/D转换釆用进口的高精度的14位转换器ADC1130,其转换时间为52us,最大输入电压为10V。专门设有一个电路振荡器，输出50Hz的窄脉冲来控制ADC1130的转换，即A/D每10ms转换一次。A/D转换完成后，输出一个转换完毕信号，贮存在缓冲器的最高位（与数值信号叠加在一起）。A/D转换后的数字信号通过光电耦合器传输到计算机进行数据处理。每次传输的数据共有16位，前14位是数据位，第14位为空位，第15位为转换完毕信号。
通常在轨道衡检定时，只需稍微调整滤波器电路部分的可调电位器W,使放大电路滿足称重的准确度。这是因为传感器的供桥电源以及电路参数随时间变化会有漂移，因此二次仪表的放大倍数需要适当调整,以保证称重的准确度°
1.4计算机的数据处理
计算机程序系统主要由数据采集一分析程序、过磅数据处理程序、打印程序等组成。二次仪表与计算机的通信需要一块接口板来完成。计算机的数据采集一分析程序通过接口板釆集称重数据，依次取称重信号的高8位和低8位，然后合并成一个完整的16位数据。
数据釆集一分析程序需要完成称重数据的采集、自动调零、台面来车判别、车辆车型判别、过磅数据显示和贮存等功能。台面零点是以256次的采集数据进行平均，再乘以4（力作用在四个传感器上）得到的。这种平均算法可以起到数字滤波作用，算出的台面零点很稳定。在台面来车过磅后，要去掉台面零点的数值，才是车辆称重的数值。
程序中，车辆车型判断和数值计算方法最为重要。车型判断原理:根据车辆两个轮对和一个轮对对台面压力的不同，计算机所取的称重数据是有差异的,程序依此判断台面是否来车"由于信号取样时间T（10ms）是固定的冶面钢轨的长度1也是固定的，可以计算出车辆过磅速度S：
S=L/（TxK）
K为转向架通过台面时称重数据的釆集次数。
有了过磅速度,根据数据釆集次数，可以反算出车辆前后两个转向架的长度，程序依此能获知车辆的车型（标准车辆与非标准车辆）。
对于标准四轴车的称重，单台面、以转向架为计量方式的动态电子轨道衡采用两头称重再求和的方法。即先计量前转向架的重量，再计量后转向架的重量（一个转向架有两个轮对）。车辆轮对进出台面时，传感器的输出信号有一个突变阶段，只有中间阶段的平稳信号才能正确反映车辆的重量，而两端的信号则给予剔除。将前后两个转向架的重量求和，即为一节车辆的称重数值。程序还可以读取称重修正文件中的数据,用以修正称重数值。
2结语
通过以上分析，可以了解动态电子轨道衡的称重原理，知道影响称重精度的环节主要在机械台面、传感器、二次仪表上。在对动态电子轨道衝进行检修或精度调整时，主要从这三方面入手。由此及一般，可知电子称重设备的一般称重原理和维护方法。当岀现称重精度不够时，应从机械台面是否水平、灵活，传感器有无损坏，二次仪表信号处理是否正确这三方面逐一寻找原因。永平铜矿对轨道衡进行调整时，就是参照这些方法进行的，轨道衡也多次在国家检定中获得0.2级的最高检定精度。

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