电梯称重装置探讨

引言

随着现代社会的发展，人们对于电梯的运行舒适感提出了更高的要求，电梯称重检测装置作为电梯设备的基础元件，影响着电梯的安全和舒适运行。它根据轿厢重量的变化输出电压信号，经过A/D转换成数字信号至电梯控制系统，系统再控制变频器输出相应的力矩以控制电梯安全、平稳启动。

1、电梯称重与电机力矩

1.1电梯称重原理 一般而言，电梯的称重装置包括机械和电气两部分，机械部分主要是用于检测轿厢因重量变化而产生的垂直方向位移量称重载体，当轿厢的重量超过了额定设置的重量后，机械开关动作，电梯发出警报，电梯不能正常启动，保证电梯的安全。电气部分主要是通过安装在称重载体上的检测元件，将轿厢重量的变化以电压值形式输出，再经A/D转换成数字信号传送给电梯控制系统进行处理，系统根据接收到的信号控制变频器输出力矩，以保证电梯的安全平稳运行。

1.2电机力矩信号输出 电机力矩输出与电梯轿厢重量成反抛物线关系，轿厢重量越接近平衡点，变频器输出的力矩越小.

2、称重检测元件

2.1传感器 电梯中的称重检测元件主要由各种形式的传感器组成。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。电梯行业常用的有差动变压器和涡流传感器等。

2.2 差动变压器 差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置。用于测量位移、压力、振动等非电量参量。它既可用于静态测量，也可用于动态测量。差动变压器的基本组成部分包括一个线框和一个铁心。

在线框上设置一个原绕组和两个对称的副绕组，铁心放在线框中央的圆柱形孔中。在原绕组中施加交流电压时，两个副绕组中就会产生感应电动势e1和e2。如果两个副绕组按反向串联,则它的总输出电压u2=u21－u22≈e1－e2。当铁心处在中央位置时，由于对称关系，e1=e2，输出电压u2为零。如果铁心向右移动，则穿过副绕组 2的磁通将比穿过副绕组1的磁通多，于是感应电动势e2>e1，差动变压器输出电压u2不等于零,而且输出电压的大小与铁心位移x之间基本成线性关系,其特性呈V字形。用适当的测量电路测量,可以得到差动变压器输出与位移x成比例的线性读数。最常用的测量电路是差动整流电路，它把两个次级电压分别整流后，以它们的差作为输出。

2.3差动变压器式位移变送器 由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P和二个级线圈S1和S2组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布,从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。

2.4 涡流传感器 电涡流传感器是一种非接触的线性化计量工具。它能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。

3、称重装置应用的要求特性

3.1稳定性 稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。理想的情况是不论什么时候，传感器的特性参数都不随时间变化。但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。这是因为敏感元件或构成传感器的部件，其特性会随时间发生变化，从而影响了传感器的稳定性。故应用在电梯称重检测用的传感器，需要定期对零点和满载点重新设置，以保证电梯称重的准确性，由于电梯长时间没有重新进行零点和满载点的设置，导致系统的零点和满载点产生偏移，最终导致电梯称重系统不准而引起电梯启动时力矩输出不符，严重影响电梯的启动舒适感。现场通过砝码对轿厢的零点和满载点重新矫正后，电梯启动舒适感良好。

3.2准确性 传感器如果在其测量范围内，则能准确的测量轿厢的实时重量。如果测量范围超过了传感器的特性要求，则无法准确检测轿厢的载重。

由于电梯称重装置的调整尺寸超出传感器的特性要求，以导致传感器的对轿厢载重的检出无法保持线性输出，以影响轿厢重量检测的准确性，导致电梯启动输出的力矩与轿厢重量不匹配，造成电梯在垂直方向上有冲击。经过重新调整称重装置的检测距离，使其检测范围在特性要求范围内，保证了其输出电压值的线性度，提高了检测的准确度，减少了电梯启动时垂直方向上的冲击，使人体感觉较为舒适。

结论

称重装置作为电梯运行的基础检测元件，其稳定性以及准确性对电梯的启动舒适感起着非常重要的作用。随着科技的发展，越来越多先进的检测元件应用到电梯称重装置上来，现场调整时，不仅需要根据传感器本身固有的特性进行调整，以保证传感器输出数据的稳定性，同时也要定期对传感器的零点进行矫正，以确保电梯称重系统准确性，提高电梯启动舒适感。