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      稱重傳感器技術知識
      稱重傳感器選擇指南
      時間: 2021-03-31 17:03:21 瀏覽次數:

        稱重傳感器選擇指南。

        稱重傳感器是一種能將重力轉化為電信號的力-電轉換裝置,是電子衡器的關鍵部件。

        能實現力-電轉換的傳感器有很多種,常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。電磁式主要用于電子天平,電容式用于部分電子吊秤,而大多數衡器產品使用的還是電阻應變式稱重傳感器。電阻式稱重傳感器結構簡單,精度高,適用范圍廣,可用于相對較差的環境。所以電阻式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛的應用。

        電阻應變稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片和補償電路組成。彈性體是稱重傳感器的受力元件,由優質合金鋼或優質鋁型材制成。電阻應變片由金屬箔腐蝕成柵格形成,四個電阻應變片以橋的結構形式粘附在彈性體上。在不受力的情況下,電橋的四個電阻值相等,電橋處于平衡狀態,輸出為零。當彈性體受力變形時,電阻應變片也隨之變形。在彈性體受力彎曲過程中,兩個應變片被拉伸,金屬絲變長,電阻值增加;另外兩個受壓,電阻值減小。這將導致原有平衡的電橋失衡,電橋兩端產生電壓差。電壓差與彈性體受力的大小成正比。通過檢測電壓差,可以得到傳感器受力的大小,電壓信號經儀表檢測后計算后可以得到相應的重量值。

        為了滿足各種衡器結構的安裝需要,稱重傳感器形成了各種結構形式,傳感器的名稱通常根據其形狀進行稱呼。如橋式傳感器(主要用于汽車衡)、懸臂梁式(地面衡、料斗秤、汽車衡)、柱式(汽車衡、料斗秤)、箱式(臺秤)、S型(料斗秤)等。一種衡器載體通常有多種結構形式的傳感器可供選擇。如果傳感器選擇得當,對衡器性能的提高非常有幫助。

        電阻應變式稱重傳感器有多種規格,從幾百克到幾百噸不等。選擇稱重傳感器范圍時,應根據所用衡器的稱重量確定。經驗公式如下:

        感應器總載荷(單個感應器允許載荷X感應器數量)=1/2~2/3衡器秤量。

        稱重傳感器的精度等級分為四個等級:A、B、C、D。不同的等級有不同的誤差范圍。a級傳感器的要求。等級后面的數字表示評分值。數字越大,傳感器質量越好。比如C2表示C級,2000個評分值;C5表示C級,5000個評分值。顯然C5比C2高。傳感器常用的等級是C3和C5,可以用來制作精度等級為II的電子衡器。

        稱重傳感器的誤差主要由非線性誤差、滯后誤差、重復誤差、蠕變、零點溫度附加誤差和額定輸出溫度附加誤差引起。

        近年來,數字傳感器將A/D轉換電路和中央處理器電路放入傳感器。傳感器輸出的不再是模擬電壓信號,而是經過處理的重量數字信號。這帶來了以下優點:

        1.儀器可以分別收集每個數字傳感器的信號,并通過線性方程式操作對每個傳感器進行單獨校準,使得一次性完成四角誤差校正成為可能。使用模擬傳感器的衡器頭疼的問題是四角誤差校正,往往需要反復調整才能達到要求,每次調整都需要移動沉重的砝碼,既費時又費力。

        2.由于儀器可以檢測到每個傳感器的信號,任何傳感器都可以從儀器上觀察到問題,便于維護和工作。

        3.數字傳感器使用485接口傳輸數字信號,傳輸距離遠,不受干擾??朔四M信號遠程傳輸的困難和容易受到干擾的問題。

        4.數字傳感器可以通過微處理器修正傳感器的誤差,使輸出的傳感器數據更加準確。

        稱重傳感器被稱為電子衡器的神經系統,其性能在很大程度上決定了電子衡器的精度和穩定性。在設計電子衡器時,經常會遇到如何選擇傳感器的問題。

        稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉換成可測電信號輸出的裝置。使用傳感器時,首先要考慮傳感器所處的實際工作環境,這對于正確選擇傳感器至關重要,它關系到傳感器是否能正常工作,其安全性和使用壽命,甚至整個衡器的可靠性和安全性。

        環境對傳感器的影響主要包括以下幾個方面:

        (1)高溫環境對傳感器造成涂層材料熔化、焊點開化、彈性體內應力結構變化等問題。高溫環境下工作的傳感器經常使用耐高溫傳感器;此外,必須配備隔熱、水冷或氣冷設備。

        (2)灰塵和濕氣對傳感器造成短路的影響。在這種環境條件下,應選擇高度密封的傳感器。不同的傳感器密封方式不同,密封性能也大不相同。

        常見的密封包括密封膠填充或涂層;橡膠墊機械緊固密封;焊接(氬弧焊、等離子束焊)和抽真空氮氣密封。

        從密封效果來看,焊接密封是填充涂層密封劑的量差。對于在室內清潔干燥環境下工作的傳感器,可以選擇涂膠密封的傳感器,但對于在濕氣、粉塵性高的環境下工作的傳感器,必須選擇薄膜熱套密封或薄膜焊接密封、抽真空充氮的傳感器。

        (3)在腐蝕性較高的環境中,如潮濕、酸性對傳感器產生彈性體損傷或短路等影響,應選用外表面噴塑或不銹鋼外罩,具有良好的耐腐蝕性和密封性。

        (4)電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在這種情況下,嚴格檢查傳感器的屏蔽性,看是否有良好的抗電磁能力。

        (5)易燃易爆不僅對傳感器造成了徹底的損害,還對其他設備和人身安全構成了極大的威脅。所以在易燃易爆環境下工作的傳感器對防爆性能提出了更高的要求:在易燃易爆環境下,必須選擇防爆傳感器。這種傳感器的密封罩不僅要考慮其密封性,還要考慮防爆強度,以及電纜引出頭的防水、防潮、防爆等。

        其次,傳感器的數量和范圍的選擇。

        感應器數量的選擇取決于電子衡器的用途和秤體需要支撐的點數(支撐點數應根據秤體幾何重心與實際重心重合的原則確定)。一般來說,秤有幾個支撐點選擇幾個傳感器,但對于一些特殊的秤,如電子吊鉤秤,只能使用一個傳感器,有些機電結合秤應根據實際情況確定傳感器的數量。

        感應器范圍的選擇可以根據秤的稱重值、選擇感應器的數量、秤體的自重、可能產生的偏載和動載等因素進行綜合評估。一般而言,感應器范圍越接近分配到每個感應器的載荷,其稱重精度就越高。但是在實際使用中,由于加載到感應器上的載荷除了被稱物體外,還存在秤的自重、皮重、偏載和振動沖擊等載荷,所以在選擇感應器范圍時,應考慮多種因素,以確保感應器的安全和使用壽命。

        感應器范圍的計算公式是在充分考慮了影響秤體的各種因素之后,通過大量試驗確定的。

        公式如下:

        C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N

        C—單個傳感器的額定量程;W—秤體自重;Wmax—被稱物體凈重的值;N—秤體所采用支撐點的數量;K-0—保險系數,一般取值在1.2~1.3之間人;K-1—沖擊系數;K-2—秤體的重心偏移系數;K-3—風壓系數。

        例如:一臺30t電子汽車衡,稱量是30t,秤體自重為1.9t,采用四只傳感器,根據當時的實際情況,選取保險系數K-0=1.25,沖擊系數K-1=1.18,重心偏移系數K-2—=1.03,風壓系數K-3=1.02,試確定傳感器的噸位。

        解:根據傳感器量程計算公式:

        C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N

        可知:C=1.25×1.18×1.03×1.02×(30+1.9)/4=12.36t

        因此,可選用量程為15t的傳感器(傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等,除非特殊訂做)。

        根據經驗,稱重傳感器一般應工作在30%~70%的范圍內,但對于一些在使用過程中沖擊力較大的衡器,如動態軌道衡、動態汽車衡、鋼秤等。選擇傳感器時,一般應擴大范圍,使傳感器工作在范圍的20%~30%以內,增加傳感器的稱重儲備,以確保稱重傳感器的安全和使用壽命。

        第三,考慮各種傳感器的適用范圍。

        感應器類型的選擇主要取決于稱重類型和安裝空間,以確保安裝合適,稱重安全可靠;另一方面,應考慮制造商的建議。制造商通常根據傳感器的應力、性能指標、安裝形式、結構類型、彈性體材料等特點規定傳感器的適用范圍。例如,鋁懸臂梁傳感器適用于定價秤、平臺秤、案例秤等。鋼懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等。鋼橋傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等。柱式傳感器適用于汽車衡、動態軌道衡、大噸位料斗秤等。

        還應選擇傳感器的精度等級。

        傳感器的精度等級包括非線性、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。選擇傳感器時,不僅要追求高級傳感器,還要考慮電子秤的精度和成本。

        傳感器級別的選擇必須滿足以下兩個條件:

        1.滿足儀器輸入的要求。稱重顯示器是對稱重傳感器的輸出信號經放大、A/D轉換等處理后顯示的稱重結果。因此,稱重傳感器的輸出信號必須大于或等于儀器所需的輸入信號,即稱重傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀器的匹配公式,計算結必須大于或等于儀器所需的輸入靈敏度。

        稱重傳感器與儀器的匹配公式:

        稱重傳感器輸出靈敏度*激勵電源電壓*稱重。

        秤的分度數*傳感器的數量*傳感器的范圍。

        舉例來說:一個稱重25kg的定量包裝秤,分度數為1000個;秤體采用3個L-BE-25型傳感器,量程25kg,靈敏度2.0±0.008mV/V,拱橋電壓12V;秤體采用AD4325型傳感器。詢問所用傳感器是否與儀器相匹配。

        解:經查閱,AD4325儀器的輸入靈敏度為0.6μV/d,所以根據稱重傳感器與儀器的匹配公式,儀器的實際輸入信號為:2×12×25/1000×3×25=8μV/d>0.6μv/d。

        因此,使用的稱重傳感器滿足了儀器輸入靈敏度的要求,可以與所選儀器相匹配。

        2.滿足整個電子秤的精度要求。電子秤主要由秤、傳感器和儀器組成。在選擇對稱傳感器的精度時,稱重傳感器的精度應略高于理論計算值,因為理論往往受到客觀條件的限制,如秤的強度差、儀器性能差、秤的工作環境差等因素直接影響秤的精度要求。因此,有必要從各個方面提高要求,考慮經濟效益,確保達到目的。

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