称重传感器的结构及载荷传递（1）:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
传感器加载连接装置（称重模块的使用）
为了保证工业电子衡器的使用性能，单纯考虑如何选用称重传感器和称重仪表是非
常不够的，传感器加载连接装置也是决定电子衡器性能的重要环节
;许多电子衡器
的性能达不到设计要求往往都是因加载连接装置选型不合理造成的。
这里所说的秤体可以是料斗，料仓，料罐，秤台，称量箱，计量皮带，计量辊道等，
甚至可以是应用设备的一部分，如行车的定滑轮组，钢(铁)水罐车的车架等等。
使用注意事项：
1．为了保证加载连接装置的加载作用线与传感器的受力轴线重合
克服因安装问题
而引入的倾斜载荷和偏心载荷对计量性能的影响，必要时要采用安装工装来保证这一
点；
2．电子衡器在使用中若受水平横向冲击力过大，会出加载连接装置的抗侧向力
或自复位能力时，要考虑在加载连接装置中设计或增加专门的限位装置；
3．在承载过程中受冲击力严重的电子衡器要增加过载保护装置或在加载连接装置
中增加过载保护结构；
4．为了防止大电流直接通过传感器本体损坏传感器，可在加载连接装置上增加电
流旁路器，应选用编织铜导线做成的电流旁路器，并在加载连接装置的两端用螺栓压
紧；
5．拉式的加载连接装置与秤体和秤的安装框架的连接要牢靠；压式的加载连接装
置与秤体和秤的安装基础之间的接触要平整；
6.料斗电子衡器传感器和加载连接装置的应用示例：
采用
3只传感器组成料斗秤可降低对料斗和料斗安装框架的刚性要求使系统安装
调试方便且容易获得精度高稳定性好的结果.
7.工业用电子衡器的主体大多用钢结构组成，会因温度变化而产生伸缩，对于要
求比较高的场合，可选用固定，半浮动和全浮动加载连接装置组合使用。
称重传感器的结构及载荷传递（1）RS485 通讯协议
一．首先要知道什么是
RS232和
RS485.
典型的串行通讯标准是
RS232和
RS485.它们定义了电压阻抗等.但不对软件协议给予定义区别于 RS232 RS485的特性包括
1. RS-485的电气特性：逻辑
“1”以两线间的电压差为+（2—6）
V表示；逻辑
“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比
RS
-232-C降低了，
就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与
TTL电平兼容，可方便与
TTL电路连
接。
2.
RS-485的数据高传输速率为
10Mbps
3.
RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，
即抗噪声干扰性好。
4.
RS-485接口的大传输距离标准值为
4000英尺，实际上可达
3000米，另
外
RS-232-C接口在总线上只允许连接
1个收发器，即单站能力。而
RS-485
接口在总线上是允许连接多达
128个收发器。即具有多站能力这样用户可以利
用单一的
RS-485接口方便地建立起设备网络。因 RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为的串行接口。因为 RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以 RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
RS485接口连接器采用
DB-9的
9芯插头座，与智能终
端
RS485接口采用
DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口
RS485采用
DB-9（针）。
RS485编程
串口协议只是定义了传输的电压，阻抗等，编程方式和普通的串口编程一样！！
称重传感器的结构及载荷传递（1）RS-232与
RS-422之间转换原理和接法
通常我们对于视频服务器、录像机、切换台等直接播出、切换控制主要使用
串口进行，主要使用到
RS-232、RS-422与
RS-485三种接口控制。下面就串
口的接口标准以及使用和外部插件和电缆进行探讨。
RS-232、RS-422与
RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉
及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。例如：
视频服务器都带有多个
RS422串行通讯接口，每个接口均可通过
RS422通讯线
由外部计算机控制实现记录与播放。视频服务器除提供各种控制硬件接口外，还
提供协议接口，如
RS422接口除支持
RS422的
Profile协议外，还支持
Louth、
Odetics、BVW等通过
RS422控制的协议。
RS-232、RS-422与 RS-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协
会（EIA）制订并发布的，RS-232在
1962年发布。RS-422由
RS-232发展
而来，为改进
RS-232通信距离短、速率低的缺点，
RS-422定义了一种平衡通
信接口，将传输速率提高到
10Mbps，传输距离延长到
4000英尺（速率低于
100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接多
10个接收器。RS-422是一
种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为
TIA/EIA-422-A标准。
为扩展应用范围，EIA又于
1983年在
RS-422基础上制定了
RS-485标准，增
加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了
发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为
TIA/EIA485-
A标准。
1.
RS-232串行接口标准
目前
RS-232是
PC机与通信工业中应用广泛的一种串行接口。RS-232被定
义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传
输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的
RS-232
信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在
+5~+15V，负电平在
-5~-15V电平。当无数据传输时，线上为
TTL，从开始传
送数据到结束，线上电平从
TTL电平到
RS-232电平再返回
TTL电平。接收器
典型的工作电平在+3~+12V与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为
2V
至
3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离
大为约
15米，高速率为
20Kbps。RS-232是为点对点（即只用一对收、
发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为
3kΩ~7kΩ。所以
RS-232适合本地设
备之间的通信。
2.
RS-422与
RS-485串行接口标准
（1）平衡传输
RS-422、RS-485与
RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也
称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为
A，另一线定义为
B。通
常情况下，发送驱动器
A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态，负电
平在-2V~6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地
C，在
RS-485中还有一“使
能”端，而在
RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与
传输线的切断与连接。当
“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作
“第
三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
称重传感器的结构及载荷传递（1）（2）RS-422电气规定
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比
RS232更强的驱动能力，故允
许在相同传输线上连接多个接收节点，多可接
10个节点。即一个主设备
（Master），其余为从设备（
Salve），从设备之间不能通信，所以
RS-422支
持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此
不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式
（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422的大
传输距离为
4000英尺（约
1219米），大传输速率为
10Mbps。其平衡双绞
线的长度与传输速率成反比，在
100Kbps速率以下，才可能达到大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得高速率传输。一般
100米长的双绞线上所能获
得的大传输速率仅为
1Mbps。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于
传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在
300米以下
不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的远端。
称重传感器的结构及载荷传递（1）（3）RS-485电气规定
由于
RS-485是从
RS-422基础上发展而来的，所以
RS-485许多电气规
定与
RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。
RS-485
总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用
RS-485串行总线标准。
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收
发器具有高灵敏度，能检测低至
200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到
恢复。
RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因
此，发送电路须由使能信号加以控制。
RS-485用于多点互连时非常方便，可以
省掉许多信号线。应用
RS-485可以联网构成分布式系统，其允许多并联
32
台驱动器和
32台接收器。
RS-485与
RS-422的不同还在于其共模输出电压
是不同的，
RS-485是-7V至+12V之间，而
RS-422在-7V至+7V之间;RS-485
满足所有
RS-422的规范，所以
RS-485的驱动器可以用在
RS-422网络中应
用。RS-485与
RS-422一样，其大传输距离约为
1219米，大传输速率为
10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在
100Kbps速率以下，才可
能使用规定长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得高速率传输。一般
100米长双绞线大传输速率仅为
1Mbps。
（4）RS-422与
RS-485的网络安装注意要点
RS-422可支持
10个节点，
RS-485支持
32个节点，因此多节点构成网络。
网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络
时，应注意如下几点：
*采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出
线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响低。
*应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几
种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上
有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线。
之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
二串口插口种类及转换
串口是一种接口标准，它规定了接口的电气标准，简单说只是物理层的一个
标准。没有规定接口插件电缆以及使用的协议，所以只要我们使用的接口插件电
缆符合串口标准就可以在实际中灵活使用，在串口接口标准上使用各种协议进行
通讯及设备控制。
以上我们了解了串口的协议，而我们日常工作中接触多的是实际的一些设
备的外部接口，我们如何从外形上就知道它是那种接口呢？制作线缆各针脚如何
定义？上面我们知道了串口
RS-232、RS-422与
RS-485标准只对接口的电气
特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的
高层通信协议。从我们实际工作中碰到的使用多的插口有三种
DB9
DB25
RJ45，上面三种插口插件都可以用作串口插口插件，也可以通过线缆进行插口
之间的转换。下面我们就三种插口的针脚定义分别说明，三个插口之间的转换也
只要按照插口定义的线缆跳接即可。
*
DB9（9脚插口插座），如图
2。9针串口功能如表
1。
*
DB25（25脚插口插座），如图
3。25针串口功能如表
2。
*还有一种插口是
RJ45，比如湖北台使用的品尼高
mss1600、mss700视频服
务器的编解码板控制口都为串口，插口是
RJ45的，而播控机的串口插口是
DB9，
因此我们就需要使用转换线缆。转换线缆的针脚定义如图
4。
RS485半双工接法为：
RX+和
TX+并联为
Data+；RX-和
TX-并联为
Data-。
RS485全双工/RS422接法为：
FULL和
GND短接；信号线为
RX+，TX+，RX-，
TX-，可根据需要连接
GND。
称重传感器的结构及载荷传递（1）三串口的扩展
串口的扩展，我们知道一般一台计算机有两个串口，而对于一台播控计算机需要
控制的设备远远不止两台设备，我们需要同时控制视频服务器，录像机、切换台、
字幕机等各种设备。所以我们就需要对串口进行扩展，我们可以使用串口扩展卡
对串口进行扩展，比如我们在播控系统中使用的串口扩展卡
MOXA
CI-134。
MOXA
CI-134是专为工业环境通信应用设计的
RS-422/485四串口卡。它支
持
4个独立的
RS-422/485串口，在一对多点的通信应用下，多可控制
128个
设备。为使
RS-485
2线半双工操作变得更加简单，每片
CI-134卡都具有数
据流向自动控制（ADDC），不需软件操作。因此，在
Windows应用下不需额
外的编码就能控制
RS-485半双工协议。为达到工业环境对高可靠性产品的要
求，本系列产品提供可选择的光电隔离（2
KV）和浪涌保护（25
KV
ESD）功
能。
该产品特点包括：可选择光电隔离（2KV）和浪涌保护（25KV
ESD）功能；提
供数据流向自动控制
ADDC（Automatic
Data
Direction
Control）功能；RS485
数据控制
l:
ADDC或通过
RTS控制；内建终端电阻；采用芯片硬件流量
控制，保证数据不流失；采用
ASIC设计，返修率低；支持众多常见的操
作系统。
四串口在播出控制系统中的应用
我们知道串口
RS232有效传输距离为
15米，
RS-422的大传输距离为
4000
英尺（约
1219米），大传输速率为
10Mbps。我们播控中使用的录像机如
DVCPRO、IMX控制接口有
RS232、RS422多个接口供选择，如果使用
pin9
则为
RS422接口，视频服务器编解码口控制都是
RS422接口，只是插口为
RJ45
不是
DB9的，需要转换线缆进行转换。因此我们在控制中根据以上特性可以灵
活使用，我们由于主备控制切换的需要，以及距离的考虑统一选用
RS422倒换
开关进行倒换，控制
RS422倒换开关的为
RS232控制接口，这个直接由播控机
本身的
COM口来控制倒换开关进行倒换，其他控制录像机、切换台、视频服务
器编解码卡使用
MOXA卡扩展的
RS422接口进入
RS422倒换开关进行倒换。
控制图如图
5。
整个系统中只有
RS422倒换开口控制是播控机的
COM（RS232）口控制，其
他都是
MOXA卡扩展的
RS422接口，由于应急开关需要
RS232所以在应急开
关前面加了一个
RS422转
RS232的转换器。通过控制线播控机可以及时发出播
控指令，也可以随时读取录像机、切换台、还有视频服务器的状态。以上只是播
控机房的系统控制图。上载、控机房的系统控制大致和这相同。
RS422总线、RS485和
RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接
受，不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是
二者与
RS232的根本区别，因为
RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要
数字地线、发送线和接受线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步
等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而
RS485只能
半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。以上三种接口各有缺
点，在实际工作中可以根据需要灵活选用。
计算机控制在广电播控系统中运用会越来越广泛，而且随着计算机技术的不断发
展，智能化也会不断提高，系统也会更加庞大，这就要求我们能更深入了解计算
机的基础理论，这样才能更深入的了解系统，维护系统，保证系统的安全稳定运
行，更好的保障安全播出。
参考资料：http://www.tvpro.com.cn/jxlt/20060106/4541.html
市场上的
RS-232转
RS-485的转换器，无源与有源两种
无源一般只是转换，有源的转换器除了实现
232和
485的转换，还能保证两者
之间电气隔离！因为
485的线路往往比较长，线路上有干扰，采取隔离措施后
即使
485线路上有干扰也不会影响
232这边！
称重传感器的结构及载荷传递（1）电阻应变式称重传感器原理
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外
力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生
变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测
量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为
电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不
可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即
成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数
K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为
L，横截面是半径为
r的圆形，其面积记作
S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，
它的电阻值为
R：
R
=
ρL/S（Ω）（
2—1）
当他的两端受
F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横
截面积则缩小，即它的截面圆半径减少
Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻
丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了。
我们有：
ΔR
=
ΔρL/S
+
ΔLρ/S
–ΔSρL/S2（2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R
=
Δρ/ρ
+
ΔL/L
–
ΔS/S（2—3）
另外，我们知道导线的横截面积
S
=
πr2，则
Δs
=
2πr*Δr，所以
ΔS/S
=
2Δr/r（2—4）
从材料力学我们知道
Δr/r
=
-μΔL/L（2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。
μ是表示材料横向效应泊松系
数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R
=
Δρ/ρ
+
ΔL/L
+
2μΔL/L
=（1
+
2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
=
K
*ΔL/L（2--6）
其中
K
=
1
+
2μ
+（Δρ/ρ）/（ΔL/L）（２
--７）
式（
2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝
伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数
K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的
一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的
K值一般在
1.7—3.6
之间；其次
K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，
很不方便
常常把它的百万分作为单位，记作με。这样，式（２--６）常写作：
ΔR/R
=
Kε
(2—8)
称重传感器的结构及载荷传递（1）二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传
感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个
高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变棗电信
号的转换任务。
以托利多公司的
SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应
力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。
主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉
伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心
点的应变表达式，而不再推导。
ε=（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3）
（2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为
梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受
的是“平均”状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电
桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较
方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广
泛的应用。
因为全桥式等臂电桥的灵敏度高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易
相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
称重传感器的结构及载荷传递（1） 北京诺信天正科技有限公司 王杰
