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称重传感器技术知识
称重传感器选择指南
时间: 2021-03-31 17:03:21 浏览次数:

  称重传感器选择指南。

  称重传感器是一种能将重力转化为电信号的力-电转换装置,是电子衡器的关键部件。

  能实现力-电转换的传感器有很多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁式主要用于电子天平,电容式用于部分电子吊秤,而大多数衡器产品使用的还是电阻应变式称重传感器。电阻式称重传感器结构简单,精度高,适用范围广,可用于相对较差的环境。所以电阻式称重传感器在衡器中得到了广泛的应用。

  电阻应变称重传感器主要由弹性体、电阻应变片和补偿电路组成。弹性体是称重传感器的受力元件,由优质合金钢或优质铝型材制成。电阻应变片由金属箔腐蚀成栅格形成,四个电阻应变片以桥的结构形式粘附在弹性体上。在不受力的情况下,电桥的四个电阻值相等,电桥处于平衡状态,输出为零。当弹性体受力变形时,电阻应变片也随之变形。在弹性体受力弯曲过程中,两个应变片被拉伸,金属丝变长,电阻值增加;另外两个受压,电阻值减小。这将导致原有平衡的电桥失衡,电桥两端产生电压差。电压差与弹性体受力的大小成正比。通过检测电压差,可以得到传感器受力的大小,电压信号经仪表检测后计算后可以得到相应的重量值。

  为了满足各种衡器结构的安装需要,称重传感器形成了各种结构形式,传感器的名称通常根据其形状进行称呼。如桥式传感器(主要用于汽车衡)、悬臂梁式(地面衡、料斗秤、汽车衡)、柱式(汽车衡、料斗秤)、箱式(台秤)、S型(料斗秤)等。一种衡器载体通常有多种结构形式的传感器可供选择。如果传感器选择得当,对衡器性能的提高非常有帮助。

  电阻应变式称重传感器有多种规格,从几百克到几百吨不等。选择称重传感器范围时,应根据所用衡器的称重量确定。经验公式如下:

  感应器总载荷(单个感应器允许载荷X感应器数量)=1/2~2/3衡器秤量。

  称重传感器的精度等级分为四个等级:A、B、C、D。不同的等级有不同的误差范围。a级传感器的要求。等级后面的数字表示评分值。数字越大,传感器质量越好。比如C2表示C级,2000个评分值;C5表示C级,5000个评分值。显然C5比C2高。传感器常用的等级是C3和C5,可以用来制作精度等级为II的电子衡器。

  称重传感器的误差主要由非线性误差、滞后误差、重复误差、蠕变、零点温度附加误差和额定输出温度附加误差引起。

  近年来,数字传感器将A/D转换电路和中央处理器电路放入传感器。传感器输出的不再是模拟电压信号,而是经过处理的重量数字信号。这带来了以下优点:

  1.仪器可以分别收集每个数字传感器的信号,并通过线性方程式操作对每个传感器进行单独校准,使得一次性完成四角误差校正成为可能。使用模拟传感器的衡器头疼的问题是四角误差校正,往往需要反复调整才能达到要求,每次调整都需要移动沉重的砝码,既费时又费力。

  2.由于仪器可以检测到每个传感器的信号,任何传感器都可以从仪器上观察到问题,便于维护和工作。

  3.数字传感器使用485接口传输数字信号,传输距离远,不受干扰。克服了模拟信号远程传输的困难和容易受到干扰的问题。

  4.数字传感器可以通过微处理器修正传感器的误差,使输出的传感器数据更加准确。

  称重传感器被称为电子衡器的神经系统,其性能在很大程度上决定了电子衡器的精度和稳定性。在设计电子衡器时,经常会遇到如何选择传感器的问题。

  称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测电信号输出的装置。使用传感器时,首先要考虑传感器所处的实际工作环境,这对于正确选择传感器至关重要,它关系到传感器是否能正常工作,其安全性和使用寿命,甚至整个衡器的可靠性和安全性。

  环境对传感器的影响主要包括以下几个方面:

  (1)高温环境对传感器造成涂层材料熔化、焊点开化、弹性体内应力结构变化等问题。高温环境下工作的传感器经常使用耐高温传感器;此外,必须配备隔热、水冷或气冷设备。

  (2)灰尘和湿气对传感器造成短路的影响。在这种环境条件下,应选择高度密封的传感器。不同的传感器密封方式不同,密封性能也大不相同。

  常见的密封包括密封胶填充或涂层;橡胶垫机械紧固密封;焊接(氩弧焊、等离子束焊)和抽真空氮气密封。

  从密封效果来看,焊接密封是填充涂层密封剂的量差。对于在室内清洁干燥环境下工作的传感器,可以选择涂胶密封的传感器,但对于在湿气、粉尘性高的环境下工作的传感器,必须选择薄膜热套密封或薄膜焊接密封、抽真空充氮的传感器。

  (3)在腐蚀性较高的环境中,如潮湿、酸性对传感器产生弹性体损伤或短路等影响,应选用外表面喷塑或不锈钢外罩,具有良好的耐腐蚀性和密封性。

  (4)电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在这种情况下,严格检查传感器的屏蔽性,看是否有良好的抗电磁能力。

  (5)易燃易爆不仅对传感器造成了彻底的损害,还对其他设备和人身安全构成了极大的威胁。所以在易燃易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求:在易燃易爆环境下,必须选择防爆传感器。这种传感器的密封罩不仅要考虑其密封性,还要考虑防爆强度,以及电缆引出头的防水、防潮、防爆等。

  其次,传感器的数量和范围的选择。

  感应器数量的选择取决于电子衡器的用途和秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据秤体几何重心与实际重心重合的原则确定)。一般来说,秤有几个支撑点选择几个传感器,但对于一些特殊的秤,如电子吊钩秤,只能使用一个传感器,有些机电结合秤应根据实际情况确定传感器的数量。

  感应器范围的选择可以根据秤的称重值、选择感应器的数量、秤体的自重、可能产生的偏载和动载等因素进行综合评估。一般而言,感应器范围越接近分配到每个感应器的载荷,其称重精度就越高。但是在实际使用中,由于加载到感应器上的载荷除了被称物体外,还存在秤的自重、皮重、偏载和振动冲击等载荷,所以在选择感应器范围时,应考虑多种因素,以确保感应器的安全和使用寿命。

  感应器范围的计算公式是在充分考虑了影响秤体的各种因素之后,通过大量试验确定的。

  公式如下:

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

  C—单个传感器的额定量程;W—秤体自重;Wmax—被称物体净重的值;N—秤体所采用支撑点的数量;K-0—保险系数,一般取值在1.2~1.3之间人;K-1—冲击系数;K-2—秤体的重心偏移系数;K-3—风压系数。

  例如:一台30t电子汽车衡,称量是30t,秤体自重为1.9t,采用四只传感器,根据当时的实际情况,选取保险系数K-0=1.25,冲击系数K-1=1.18,重心偏移系数K-2—=1.03,风压系数K-3=1.02,试确定传感器的吨位。

  解:根据传感器量程计算公式:

  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,可选用量程为15t的传感器(传感器的吨位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等,除非特殊订做)。

  根据经验,称重传感器一般应工作在30%~70%的范围内,但对于一些在使用过程中冲击力较大的衡器,如动态轨道衡、动态汽车衡、钢秤等。选择传感器时,一般应扩大范围,使传感器工作在范围的20%~30%以内,增加传感器的称重储备,以确保称重传感器的安全和使用寿命。

  第三,考虑各种传感器的适用范围。

  感应器类型的选择主要取决于称重类型和安装空间,以确保安装合适,称重安全可靠;另一方面,应考虑制造商的建议。制造商通常根据传感器的应力、性能指标、安装形式、结构类型、弹性体材料等特点规定传感器的适用范围。例如,铝悬臂梁传感器适用于定价秤、平台秤、案例秤等。钢悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等。钢桥传感器适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等。柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。

  还应选择传感器的精度等级。

  传感器的精度等级包括非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。选择传感器时,不仅要追求高级传感器,还要考虑电子秤的精度和成本。

  传感器级别的选择必须满足以下两个条件:

  1.满足仪器输入的要求。称重显示器是对称重传感器的输出信号经放大、A/D转换等处理后显示的称重结果。因此,称重传感器的输出信号必须大于或等于仪器所需的输入信号,即称重传感器的输出灵敏度代入传感器和仪器的匹配公式,计算结必须大于或等于仪器所需的输入灵敏度。

  称重传感器与仪器的匹配公式:

  称重传感器输出灵敏度*激励电源电压*称重。

  秤的分度数*传感器的数量*传感器的范围。

  举例来说:一个称重25kg的定量包装秤,分度数为1000个;秤体采用3个L-BE-25型传感器,量程25kg,灵敏度2.0±0.008mV/V,拱桥电压12V;秤体采用AD4325型传感器。询问所用传感器是否与仪器相匹配。

  解:经查阅,AD4325仪器的输入灵敏度为0.6μV/d,所以根据称重传感器与仪器的匹配公式,仪器的实际输入信号为:2×12×25/1000×3×25=8μV/d>0.6μv/d。

  因此,使用的称重传感器满足了仪器输入灵敏度的要求,可以与所选仪器相匹配。

  2.满足整个电子秤的精度要求。电子秤主要由秤、传感器和仪器组成。在选择对称传感器的精度时,称重传感器的精度应略高于理论计算值,因为理论往往受到客观条件的限制,如秤的强度差、仪器性能差、秤的工作环境差等因素直接影响秤的精度要求。因此,有必要从各个方面提高要求,考虑经济效益,确保达到目的。

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