专利名称:汽车测载仪的制作方法
本实用新型所属技术领域：
:计量。
已有多种汽车测载仪在试用，有一类是根据汽车加载后，支承板簧发生弹性形变测重的。这种仪器都有一个测量板簧形变的位移传感器，另外还有电路部分与显示部分。有一种测载仪采用电感位移传感器，它有一个传递板簧形变的刚性直杆。当发生形变的板簧推动刚性直杆使两个互相有耦合的线圈总电感量变化时，能引起振荡电路的频率变化，经鉴频器鉴频，最后以直流微安表显示载重量。这种设计的主要缺点是刚性传递杆不能缓冲振动，传感器有可能被损坏；频率与位移的线性难以保证；温度的变化，潮湿的环境使振荡器频率不稳，以及车体的倾斜导致测量不准确；表头显示既不精确又易损坏。另一类汽车测载仪是给汽车另外附加应变元件或液压传递系统。这类设计的一个普遍缺点是安装困难，或应变片粘贴不牢的困难。参阅专利GB21122748A。
本实用新型是采用位移－角度－电压变换装置作位移传感器的汽车测载仪。它包括放在上下板簧之间的位移传感器、电路和显示装置，其特征在于所说的传感器由旋转变压器和位移－角度变换机构组成；所说的电路是解算电路。其中位移－角度变换机构上端固定于旋转变压器的转子轴上，下端与汽车的下板簧相接触。解算电路给出的数据以数字形式显示出来，这就是载重量。
本实用新型的目的之一是设计一种高精度汽车测载仪；本实用新型的目的之二是使其能适应于潮湿、颠簸与不清洁的环境。
本实用新型的结构如图1和图2所示。图1是位移传感器的主视图，图2是位移传感器的侧视图及与其相联接的电路部分7。图1中的4为吊架，可用金属做成。它将旋转变压器2吊在与汽车上板簧成一体的车架上。两个自由度V形折杆1其上端固定在旋转变压器的转子轴上，折杆下端活动联接一个滑动机构5。滑动机构可采用滑杆。滑动机构穿入与下板簧同平面的金属板6上的孔中，其作用是保持折杆下端总是在通过转子轴心的铅垂线上。汽车加载后，上下板簧之间的距离被压缩，折杆两臂之间的夹角变小，带动旋转变压器转子转动。当旋转变压器激励交流电压一定时，输出绕组给出的交流电压将因转子转动而变化。此变化的电压经电缆8送入驾驶室中的解算电路7，并以数字显示载重量。图1中的3是板簧倔强系数非线性校正开关。只有后轮板簧使用的传感器才有这个开关。因为后轮板簧由主簧和付簧所组成，轻载时只有主簧起作用，重载时主付簧共同起作用。只有重载时折杆上端才压迫此开关使开关接通。
图3用以说明位移－角度－电压变换原理。图中的圆圈示意旋转变压器。竖直线代表折杆，折杆的两部分等长。L是其中一个杆的长度。当汽车加载后，上、下板簧之间的距离减少△X时，上杆与水平线之间成θ角，从而带动旋转变压器转子转动。若旋转变压器激励绕组送入的电压为u1＝U0cosωt则输出绕组给出的电压为u(1)2＝U0sinθcosωt＝u1sinθ。
这里采用的定子与转子圈数比为11。由于u1－u(1)2＝(1－sinθ)u1＝(1－ (h)/(L) )u1所以(u1-u2(1))/(u1) ＝1－ (h)/(L)式中h为折杆一个杆在铅垂线上的投影长，不加载时折杆伸直，总长为2L。加载后上下板簧之间的距离减少△X。于是△X＝2L－2h＝2L(1－ (h)/(L) )＝2L (u1-u2(1))/(u1)一付板簧承受的重量为G1＝k1△X＝2k1L (u1-u2(1))/(u1) (1)式中k1为第1付板簧的倔强系数。如果引入因子β1，使之G1＝ (2k1L)/(β1u1) β1(u1－u(1)2)
选择(2k1L)/(β1u1) ＝1 (2)于是第1付板簧承受的总重量为G1＝β1(u1－u(1)2)公斤 (3)四付板簧总承受重量为G＝β1(u1－u(1)2)＋β2(u1－u(2)2)＋β3(u1－u(3)2)＋β4(u1－u(4)2)公斤 (4)式中u(1)2，u(2)2，u(3)2，u(4)2分别为4个旋转变压器在激励电压相同时，输出绕组给出的交流电压；β1，β2，β3，β4分别为与4付板簧相对应的加权因子，与每付板簧的倔强系数和激励电压有关。
由(4)式可见，求载重量就是对电压u1，u(1)2，u(2)2，u(3)2，u(4)2和加权因子β1，β2，β3，β4作差、积、和运算。欲使测量准确，必须保证激励电压稳定。
还可以给出另一种运算方案。对(1)式按如下方式引入加权因子α1，使之G1＝ (2k1L)/(α1) (α1(u1-u2(1))/( u1)选择(2k1L)/(α1) ＝1 (5)则第1付板簧的承载重量为G1＝ (α1(u1-u2(1))/( u1) 公斤 (6)四付板簧总承载重量为G＝
式中αi(i＝1，2，3，4)为4付板簧对应的另一种加权因子，此因子与激励电压无关。(7)式含有差、积、和、除四种算术运算。由(7)式可见，总重量决定于电压的比值，与他们的绝对大小无关，所以不要求激励电压u1稳定，对波形也无严格要求。
解算电路可能有多种形式，可以是模拟解算电路，也可以是数字解算电路。
对应于(3)式的交流模拟解算电路如图4和图8所示。图中的＋B为正电源输入端。晶体三极管T1，稳压二极管D1，电阻R1电容C4构成＋9V稳压电源。集成电路块IC1中的4个非门及电阻R2、R3，电容C1构成1－4千赫方波发生器。此方波送入晶体三极管T2和T3组成的饱和型方波放大器，由于电源是稳定的，所以输出方波幅值也是稳定的。D2，D3是限幅二极管，R6是限流电阻，D4、D5和R4、R5是钳位二极管和偏置电阻，C2、C3是隔直电容。输出方波经隔直电容C5加给主变压Tr1的初级绕组和4个旋转变压器的4个激励绕组上。电容C6使波形前后沿不太陡直。主变压器Tr1的4个次级绕组L2、L3、L4、L5都输出相同的电压u1，并分别与四个旋转变压器的输出绕组同名端(＊号表示)对接，这样的接法实现了电压u1与旋转变压器输出电压的求差运算。在电位器W2与电阻R7的串联电路上得到L2输出的电压与Tr2输出的电压之差。在插孔AB之间将得到加权电压β1(u1－u(1)2)。调整电位器W2的分点相当于改变加权因子β1。在W3R8两端，W4W5两端，W6W7两端将分别得到差电压u1－u(2)2，u1－u(3)2，u1－u(4)2。在插孔BC，CD，DE之间将分别得到电压β2(u1－u(2)2)，β3(u1－u(3)2)，β4(u1－u(4)2)。电位器W3、W4、W5、W6、W7均用以调整相应的加权因子。在插孔A与F之间将得到加权后的电压之和。绕组L8的中点接地，与其相连的电位器W10的分点对地给出调零电压±△u。此分点经插头N接到插孔F，所以调零电压±△u与上述总电压相加，用以抵消因车体潮湿或其他附加载荷引起的不为零的电压输出。旋转变压器Tr2和Tr3安装在前轮板簧上，Tr2、Tr3安装在后轮板簧上。插孔A对地的总电压经插头M，按钮开关K1加给整流二极管D6，于是在电位器W11两端得到直流电压。此电压经W11分点分压送到双积分式十进数字电压表9。调整W11使数字显示直接与汽车载重量一致。C7是滤波电容。插孔A、B、C、D、E、F供调试时使用。
本实用新型给出了后轮板簧倔强系数非线性的校正电路。汽车制造厂家给出的汽车后板簧载重量
G1与板簧形变位移的关系如图6所示。它是两段不同斜率的折线，相当于不同的倔强系数，拐点对应于付板簧开始起作用的位置。由图6可知，当付板簧起作用后，除了改变加权因子(相当于改变倔强系数)之外，还必须减去图中OG′段对应的电压。按照图6的情况，设计的倔强系数校正电路包括图7中的继电器J1、J2，开关K2、K3及图4中的电位器W4、W6、W8、W9及绕组L6、L7、其中K2、K3就是图1中的开关3。当汽车轻载时，开关K2、K3开路，继电器J1、J2不通电，其触点J1A、J1B、J2A、J2B处在常闭位置。此时调整轻载加权因子的电位器W5，W7起作用，绕组L6、L7不起作用。当汽车重载时，K2或K3接通，电源电压＋B接入继电器J1或J2。继电器常开触点闭合，电位器W4、W6起作用，相当于增大加权因子。同时由电位器W8、W9分点给出修正电压。注意L6、L7的同名端在下端，所以W8、W9给出的电压与总的电压相减。
在精确测量时，必须对最大值指示校准。此时按下按钮开关K1，同时调整W11，使电表指示最大值。校准电压由电位器W1分点对地给出。最好K1和W1做成同轴形式。(图中以虚线表示)。
在车身倾斜时，测载仪指示数值可能不准确，此时可以在插孔M′和插头M″之间接入如图13所的车体倾斜校正装置。
本实用新型给出的第二种解算电路如图5所示。它是按公式(7)进行解算的。其中晶体三极管T4、T5，电阻R9、R10、R11，电容C8和主变压器Tr6的绕组L9、L10、L11构成推挽式正弦波振荡器。Tr7、Tr8、Tr9、Tr10是旋转变压器，他们的输入绕组并联。并联后的端点X1、X2由绕组L19激励。L12、L13、L14、L15给出相同的电压u1。它们的同名端与旋转变压器Tr7、Tr8、Tr9、Tr10的输出绕组同名端对接。这里的W12、R12、W13、R13、W14、W15、W16、W17、W18、W19、W20分别与图4中的对应位置的元件作用相同。图8中的K4、K5、J3、J4及图5中的触点J3A、J3BJ4A、J4B、绕组L17、L18，与图7和图4中相应部分的元件作用相同。加权后的总电压经插孔R，插头P，加给二极管D7。这里D7起着对电压取绝对值运算。此电压经电位器W21的分点加给模／数转换电路10的输入端。10是逐位编码式二进制模／数转换电路，绕组给出的电压u1经二极管D8取绝对值，在电阻R14上得到的电压送给模／数转换电路的参考电压端。在10的输出端得到二进制数字，此数字的权量恰好是输入电压与参考电压的比值。在这里巧妙地用一块集成电路，在完成模／数转换的同时，也完成了除法运算。11是锁定寄存器，R14上的半波正弦电压经集成电路IC2中的三个非门变成方波，其时间关系恰好满足锁定寄存器取样脉冲的时间要求。12是用只读存贮器EPROM作为2－10译码器。11的输出作为EPROM的地址，EPROM输出则为BCD码。13是七段译码及推动级。14是7段数码显示管。插孔R、G、H、I、J、K供调试时使用，插头P、Q根据需要插入适当的插孔中。
本实用新型还给出第三种解算电路，它完全采用数字解算。图9就是这种电路。其中15是正弦波振荡器。振荡电压经隔直电容C9分别加给4个旋转变压器Tr11、Tr12、Tr13、Tr14的激励绕组L20、L21、L22、L23和调零用变压器Tr15的初级绕组L24。旋转变压器的输出绕组L25、L26、L27、L28，分别与对应的初级绕组同名端对接，这是为作减法运算。这些差电压和L29、W22给出的零修正电压加给多路取样开关16，然后分别由模／数转换电路17数字化，由微型单片计算机18解算，最后由数码管19显示载重量。这种电路的好处是，非线性校正，加权的实现完全用数字置入的办法，由软件实现。缺点是每次校准仪器时都必须由专门的人员进行。
本实用新型使用的位移－角度变换装置还可以做成如图10所示的菱形折杆20。它有4个等长的活动连接的杆。其中上侧的一个杆与旋转变压器转子轴固定。另一侧杆可套在轴上自由转动。当上下板簧距离减少时，菱形下端点往上提，菱形张开，同样可以带动转子转动。这种装置的好处是下端可以不要滑动机构固定位置，靠自重可以保持下顶点在通过转子轴的铅垂线上。
本实用新型还给出车体倾斜对测载不准确的修正装置。该装置如图11和图12所示。图13是它的电路。使用时插头S1接图4中的M′，插孔S2接图4中的插头M″。同理此装置可以插接在图5的P′P″之间。其工作原理如下一个重锤控制电位器W23，W24的分点，当重锤与车架垂直时，分点都在正中，这时W23与W24的总电阻最大。当车体无论向那个方向倾斜(不水平)时，电位器W23和W24中只少有一个的分点滑向一边，这时电位器分点两侧部分的电阻并联阻值都变小这时两电位器与电阻R15串联所得分压系数则增加，从而补偿因车身倾斜引起的测载数值的减少。经理论计算，当身体倾斜不大时，这种电路能够恰到好处地补偿测载数值的减少。
倾斜修正装置的机械结构如图11所示，图12是它的侧视剖面图。21是吊筒，它安装在和车架平行的平面上。22、26就图13中的电位器W23、W24。这两个电位器固定在吊筒上，并且在互相垂直的水平方向上。23，28是两个固定螺母。24是中间开槽的弯带，重锥25的细柄从槽中通过。当重锤在槽中左右摆动时，通过片状的杆27带动轴29，使电位器26的分点转动。当重锤前后摆动时，锤柄带动弯带前后转动，并带动电位器22的分点转动。这种装置无论车身向那个方向倾斜，测载仪的指示都将得到修正。
权利要求
1.一种采用位移-角度-电压变换装置作传感器的汽车测载仪，它包括放在上下板簧之间的位移传感器、电路和显示装置、其特征在于所说的传感器由旋转变压器和位移-角度变换机构组成，所说的电路是解算电路，其中位移角度变换机构上端固定在旋转变压器的转子轴上，下端与汽车的下板簧相接触。
2.按照权利要求
1所述的汽车测载仪，其特征在于所说的位移－角度变换机构是由V形折杆〔1〕和保持折杆下端位置的滑动机构〔5〕组成，滑动机构的下部穿入与下板簧固定在一起的金属板〔6〕的孔中，其上端与折杆的下端做成轴活动连接。
3.按照权利要求
1所述的汽车测载仪，其特征在于所说的解算电路是对旋转变压器的输出电压与主变压器输出电压实现交流代数和运算及由电阻分压器作加权乘积运算的，并对板簧倔强系数非线性进行校正的交流模拟解算电路。
4.按照权利要求
1所述的汽车测载仪，特征在于所说的解算电路与显示装置之间插接对车体倾斜引起的测载不准确的修正装置。
5.按照权利要求
4所述的汽车测载仪，其特征在于所说的修正装置是由一个重锤和它所控制的互相垂直放置的电位器所组成。
专利摘要
一种汽车测载仪。它由四个测量支撑板簧形变位移的传感器，车身倾斜修正装置和解算电路所组成。位移传感器由旋转变压器和在其转子轴上安装的V形折杆所组成。旋转变压器固定于车架上，V形折杆的下端与下板簧相接触。当汽车加载后，上下板簧之间距离被压缩，V形折杆带动旋转变压器转子转动。当旋转变压器激励电压一定时，其输出的电压将变化，将此电压送入解算电路，从而得到汽车载重量。解算中考虑了汽车后板簧分为主簧和副簧的特点。
文档编号G01G19/12GK85200180SQ85200180
公开日1986年3月26日 申请日期1985年4月1日
发明者孙怀玉 申请人:孙怀玉导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan