陈燕
安徽省计量科学研究院 230051
【摘要】近年来我国汽车产量持续增长，汽车轴重仪广泛应用于公路运输负荷控制，汽车安全性能检测扥方面。汽车轴重仪开发利用为市政等部门带来很大方便，常用的工作方式有动静态轴计量等。对轴（轮）重仪检测为确定机动车制动力进行的车辆轴（轮）载荷测量。依据汽车轴重仪工作原理，使用科学的检测依据，计算示值误差、重复性等。
【关键词】汽车轴（轮）重仪；检测；应用技术
1.引言：
目前汽车轴（轮）重仪广泛用于高速公路执法检查，市政废物垃圾处理等方面。汽车轴重仪开发利用在称重测量领域是历史性突破。目前有关部门执法中使用便携式轴（轮）重仪设备具有操作方便等优点，但实际使用中存在一些异议，由于轴重仪测量误差导致产生争议，需要加强对轴重仪的检测，确保轴重仪测量准确性。
2.汽车轴重仪检测系统
汽车轮重仪测控系统以微控制器为核心，开关量信号经光电隔离接入微控制器，通过电机控制模块控制液压泵电机启停。电压信号转换为数字量后由微控制器读取，用户可保存到内部存储器，电池组为轮重仪测控系统供电，为微控制器及外围电路供电。轮重仪测控系统微控制器选用STC15F232S2单片机，内部含高可靠复位电路，具有高性能等优点。
2.1 硬件设计
为减小使用环境温度对测量准确度的影响，选用热敏电阻为温感器，微控制器ADC6引脚检测，形成电源电压分压读取电路，由软件计算显示当前电池电压。通过I2C总线与微控制器相连。轮重仪采用可充电锂电池组供电，系统采用集成电路LM2576设计稳压电源，将输入电源电压12-16.8V转换为5V电源为单片机，模数转换器等提供电源。测压回路压力与轮重成正比，选用压感器量程为0-50MPa，输出信号为0-5V。采用16位∑-△型模数转换器AD7705将模拟电压转换为数字量，仅需外界精密基准源可连续进行模数转换。精密恒压源REF192为AD7705提供2.5V基准电压。
图1 轮重仪测控系统结构
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轮重仪检测车辆轮重需由电机驱动液压泵产生高压油，单片机继电器控制端口输出低电平，输出反相驱动NPN三极管8050，控制电机运行，续流二极管吸收继电器线圈反向电压。液晶显示屏采用HT1621驱动定制段式液晶显示，通过写入显示数据编码实现信息显示， 液晶管点亮需在对应RAM地址中写入1或0,，CS引脚使能时刻读写HT1621，将data引脚上串行数据写入，设计背光光源控制电路，微控制器检测通过控制三极管关闭背光光源。轮重仪设启动、查询等人机交互操作按键，设举升成功检测开关，为表面恶劣工作环境带来干扰，开关量输入电路采用光电耦合器隔离。举升成功检测信号接入P1端口，输出端光敏三极管导通后端口为低电平。
2.2 软件设计
汽车轮重仪测控系统软件实现功能驱动液压泵电机举升车轮，通过检测液压回路压力计算轮重。车轮举离铁轨踏面电机停止，液晶显示屏闪烁显示，用户可将数据保存到存储器。车轮测试后系统自动计算总重。系统可供用户查询完成测量结果，提供标定参数设定、超标保护等功能。测控软件根据系统功能划分任务，应用功能包括电机控制、电压检测、参数设定功能等子程序。支撑应用模块硬件驱动程序由液晶显示屏驱动程序、开关量扫描程序等。
电机控制子程序根据人机交互控制液压泵电机运行，温度检测子程序用于对压力检测结果修整。压力检测子程序将数字量转换为轮重；电压检测子程序负责电压检测；参数设定子程序提供设定标定参数功能。E2PROM读写存储器驱动程序功能是向存储芯片指定地址写入数据，液晶显示屏驱动程序实现显示内容刷新，模数转换器驱动程序完成转换器配置，供应用程序计算液压管路压力。单片机配置程序完成输入/输出端口配置等。实现车辆轮重检测自动化，保证检测准确性。汽车轮重仪测控系统店员打开后，进行单片机、模数转换器等初始化，采集显示当前电池电压，从存储器中读取设置参数等，超过使用次数限制关闭显示屏，决定是否进入设置状态。
3.汽车轮轴重仪检测
汽车轮重仪检测原理是设轴荷为W，传感器受到压力，大力比例与M点位置有关，台面在轴荷W与传感器支撑下保持平衡。采集传感器输出电信号送往仪表转换为数字信号，显示结果打印输出。在被测轴重仪承载器上加砝码，从最大称量卸载至零点，选择包括10%最大称量点与最大称量点，如承载器尺寸无法对自大称量检定，可检定至使用最大称量点。加卸砝码逐渐递进方式，按公式计算示值误差。
σi=xi-mi/mi×100%，xi为第i称量点轴重仪示值kg,σi为第i称量点示值误差；mi为第i车辆点加载砝码质量值kg.如10%量程点加载砝码质量为500kg，读取轴重仪示值为508kg。相对误差δi=1.6%,绝对误差Ei=8kg.检定时应保证压力通过传感器轴线垂直作用在被测轴重仪承载器，选取称量点包括10%最大称量，最大称量。可检定至实际使用最大称量点。按公式计算示值相对误差，δi=xi×g-A/Ai×100%。Ai为第i称量点力传感器示值N,δi为第i称量点示值误差；g为重力加速度m/s2，xi为第i称量点轴重仪示值kg.标定传感器示值单位为N，如 10%量程点加载传感器示值为4939N，读取示值为490kg。绝对误差Ei=-14kg，相对误差δi=-2.8%。检定结果不合格，计算原始数据10%量程点加载传感器示值为504kg，读取示值为490kg。绝对误差Ei=-14kg，相对误差δi=-2.8%，检定结果不合格。
在同载荷左右承载器示值差值应不大于称量点最大允许误差绝对值，如10%车辆点标准砝码值为500kg，左右承载器差值为14kg，超过最大允许误差绝对值10kg。用标准测力仪加载检定未准确加载在500kg点，补偿测力仪示值差值，对应标准测力仪示值499kg，示值差为11kg。标准测力仪显示单位为N，除以加重速度g换算为kg后计算左右间差。承载器不同位置示值间差值不大于称量点最大允许误差绝对值1/4，如用500kg砝码放在左承载器中心，最小示值为49kg，称量点最大允许误差绝对值1/4为2.5kg。可在承载器各位置站人检查。承载器加1.4d砝码，建议在10%量程点检查。
用约20%Max载荷进行重复性试验，称量结果差值不大于称量点最大允许误差绝对值1/2,重复性R=Xmax-Xmin/m×100%，Xmin为3次测量中最小值kg,R为重复性；m为砝码值kg，Xmax为3次测量中最大值kg。20%称量点为1000kg，3次加载示值为1010,990，995，R为2%，称量点最大允许误差绝对值的1/2为1%。可用标准测力仪加载测量，主义加载测力仪值差补偿。3次加载标准测力仪换算为单位公斤后标准均值为998kg，3次加载轴重仪示值为1010，990，995，补偿后重复性R=1.1%。汽车轴重仪为依法管理计量器具，应用检测方法对产品型式批准，样机实验、后续检定中检验。
参考文献
[1]王皖君,吕永杰,陈静,林石.铁路货运车辆轮重仪测控系统设计[J].浙江科技学院学报,2020,32(01):56-63.
[2]刘一潭,王洋.便于机动车检测站安装与维修的轮重仪[J].工业计量,2018,28(S1):107-108.