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接线盒对衡器准确度的影响

1 概述
接线盒是组成衡器得一个重要部件，接线盒得质量也是影响衡器准确度盒稳定性得重要因素。现有的衡器标准和规程对接线盒没有明确得要求和检测方法，对其引起得误差也没有加以规定。有人认为其误差应包含在称重指示器得误差分配内，但在实践中，称重指示器的形式试验时并没有包括接线盒一起测试，而且也不好一起测试。
本文试图从技术角度分析一下接线盒对衡器准确度的影响和影响接线盒稳定性的因素及改进方法。
2 并联接线盒
并联接线盒的原理图如图1所示。灵敏度调节电位器W与电阻R3串联后与称重传感器的输出端并联，因此称为并联接线盒。
并联接线盒引起误差的原因主要有：

2.1 印制板漏电
如果接线盒没有进水或严重受潮，印制板漏电的影响可以忽略。如果印制板受潮，信号线对地或对激励电压+端的漏电电阻达到1MΩ以下，衡器的零点漂移就可能达到最大秤量的百分之几十。因为接线盒一般都是安装在秤台下，接近地面，容易浸水和受潮，所以接线盒的密封和防潮不可忽视。
2.2 信号端TVS管漏电
为了防止静电放电或雷击浪涌对传感器和称重指示器的破坏，许多接线盒内接有TVS保护器件。5VTVS管的漏电流可达几十微安以上，对信号线来讲影响太大，因此许多接线盒仅在信号线间和激励电源对地间有TVS管，TVS管的漏电电流影响减小了，但对信号线的保护作用也减小了。
2.3 接线端子接触电阻的影响
如果按照正确的六线制接法，接线盒与仪表一侧接线端子的零点零几欧姆甚至零点几欧姆接触电阻的影响都可以忽略。但是接线盒与传感器连接一侧的接触电阻如果大于零点一欧姆，其对该传感器灵敏度的影响就达到万分之三以上，不可忽略。

表1 并联接线盒电位器每圈的调整效果
电位器圈数
0
1
2
3
4
……
14
……
28
电阻（K）
0
7
14
21
28

100

200
对350欧传感器的影响（%）
灵敏度降低
-3.3
-2.02
-1.44
-1.12
-0.91

-0.33

-0.17
每圈变化量
1.28
0.58
0.32
0.21
0.14

0.02

≈0.005
对700欧传感器的影响（%）
灵敏度降低
-6.54
-3.95
-2.83
-2.21
-1.81

-0.65

-0.34
每圈变化量
2.59
1.12
0.62
0.40
0.28

0.04

≈0.01

2.4 调整点位器的影响
这里先不讨论电位器本身的稳定性问题。并联接线盒电位器的接法是用200K电位器与10K电阻串联，再并接到传感器信号线上。如果传感器输出电阻为350欧，则电位器调整传感器灵敏度的范围是-0.17%～-3.3%，调整量为3.13%；如果传感器输出阻抗是700欧，则调整范围为-0.34%～-6.54%，调整量为6.20%（这里没有考虑其他并联传感器的影响）。接线盒采用的电位器现阶段只有线性特性的电位器，总调整圈数大约20～30圈，每圈的调整效果非常不均匀，电位器初始几圈灵敏度调整的范围比较大，如表1所示（按28圈，每圈大约变化7K）。
可见在电位器起始几圈调整效果非常明显，用户一不小心就很容易在此范围内使用，这时电位器触点位置变化和接触电阻变化的影响就比较大；而调整范围的最后几圈几乎没有效果。解决的方法有两种，一是将串联电阻增加到30K，调整范围分别降低到约1%和1.9%，首圈的调整量降低到约0.21%和0.40%，电位器稳定性的影响也可降低几倍。该方法要求称重传感器灵敏度的一致性要高一些；二是选用指数特性的电位器（或对数特性电位器反过来接），使电位器每圈调整量比较均匀（使用指数特性或对数特性电位器安装时一定要注意方向，否则适得其反）。二者结合效果会更好一些。现在市面上还没有接线盒使用封装类型的对数或指数特性的微调电位器，如果有电位器的生产厂能开发出来，对衡器生产厂和衡器用户也是一个贡献。
2.5 电位器稳定性的影响

表2 某型电位器技术参数
项目
测试条件
数据
接触电阻变化，最大

1%或1，取大者
温度影响（最大）
<100Ω
±100ppm/℃
±250ppm/℃
热冲击
-55℃到+125℃，5个循环
1%△RT,1%△VR
湿度影响
10个24h循环
1%△RT
绝缘电阻1000MΩmin
冲击
6ms，锯齿波，100g
1%△RT,1%△VR
震动
20g,10到2000Hz
1%△RT,1%△VR
高温暴露
125℃,250h
2%△RT,2%△VR
负载寿命
0.5W,70℃,1000h
2%△RT
焊接温度影响
260℃,10sec
1%△RT

表2为国外某品牌微调电位器的几个有关稳定性的技术参数。
如果某只传感器的调节电位器位于第2圈的位置，对于350欧的传感器1%接触电阻的变化就会使该传感器的灵敏度发生大约0.09%的变化，对于700欧的传感器就会发生大约0.18%的变化，给衡器造成的误差不可忽视。虽然表中给出的是最大值，大部分器件的变化小于该值，但对于正好碰上接近极限值的产品，就会出现衡器超差的情况。因此这些元件参数造成的影响在设计衡器时不可忽略。
2.6 接点热电势
在导体接触点，由于成分不同，会产生热电势差。如果接线盒温度稳定，接线盒内温度梯度小，各个接点的热电势大部分可以互相抵消，总体影响较小。如果接线盒被阳光直射或接近高温物体，接线盒内温变化较大，温度梯度大，热电势就不能全部抵消，衡器会产生较大的零点漂移。热电势对衡器量程的稳定性基本没有影响。
3 串联接线盒
串联接线盒的电气原理图如图2所示。两只灵敏度调整电位器串联在传感器激励电源连线中，因此称之为串联接线盒。

上节对并联接线盒的分析也基本适用于串联接线盒，但串联接线盒与并联接线盒也有所差异。由于串联接线盒的输出阻抗比并联接线盒小大约1个数量级，因此串联接线盒对印制板漏电的敏感程度也小了大约一个数量级。串联接线盒正好需要线性特性的电位器，因此串联接线盒电位器调整的效果比较均匀，四角误差调整比较方便。对串联接线盒来讲电位器接触电阻的变化影响更大，1Ω接触电阻的变化将使350Ω的称重传感器灵敏度变化接近0.3%。可见串联接线盒的稳定性比并联接线盒更差。串联接线盒每路用1个电位器会更好一些，使用两个电位器更增加了不稳定的因素。
HBM公司的接线盒采用图3的结构（摘自HBM接线盒产品样本），该结构避免了用电位器调整的不稳定因素。对于稳定性要求的产品应采用这种方案。如果需要扩大调整范围，可再增加一个6.2Ω的电阻。电阻越大，其温度系数应越小。

4 结论
接线盒的稳定性是应先衡器长期稳定性的一个不可忽视的重要因素，应该引起衡器生产厂家，衡器用户和计量管理部门的重视，将来能够制定出接线盒的产品标准和相应的科学检测方法。
本文只是从直观的角度在理论方面做了一些粗浅的分析。