稱重傳感器選擇指南。

　　稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的關(guān)鍵部件。

　　能實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器有很多種，常見的有電阻應(yīng)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(shù)衡器產(chǎn)品使用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻式稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，適用范圍廣，可用于相對(duì)較差的環(huán)境。所以電阻式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　電阻應(yīng)變稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片和補(bǔ)償電路組成。彈性體是稱重傳感器的受力元件，由優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋁型材制成。電阻應(yīng)變片由金屬箔腐蝕成柵格形成，四個(gè)電阻應(yīng)變片以橋的結(jié)構(gòu)形式粘附在彈性體上。在不受力的情況下，電橋的四個(gè)電阻值相等，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，電阻應(yīng)變片也隨之變形。在彈性體受力彎曲過程中，兩個(gè)應(yīng)變片被拉伸，金屬絲變長(zhǎng)，電阻值增加;另外兩個(gè)受壓，電阻值減小。這將導(dǎo)致原有平衡的電橋失衡，電橋兩端產(chǎn)生電壓差。電壓差與彈性體受力的大小成正比。通過檢測(cè)電壓差，可以得到傳感器受力的大小，電壓信號(hào)經(jīng)儀表檢測(cè)后計(jì)算后可以得到相應(yīng)的重量值。

　　為了滿足各種衡器結(jié)構(gòu)的安裝需要，稱重傳感器形成了各種結(jié)構(gòu)形式，傳感器的名稱通常根據(jù)其形狀進(jìn)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(tái)秤)、S型(料斗秤)等。一種衡器載體通常有多種結(jié)構(gòu)形式的傳感器可供選擇。如果傳感器選擇得當(dāng)，對(duì)衡器性能的提高非常有幫助。

　　電阻應(yīng)變式稱重傳感器有多種規(guī)格，從幾百克到幾百噸不等。選擇稱重傳感器范圍時(shí)，應(yīng)根據(jù)所用衡器的稱重量確定。經(jīng)驗(yàn)公式如下:

　　感應(yīng)器總載荷(單個(gè)感應(yīng)器允許載荷X感應(yīng)器數(shù)量)=1/2~2/3衡器秤量。

　　稱重傳感器的精度等級(jí)分為四個(gè)等級(jí):A、B、C、D。不同的等級(jí)有不同的誤差范圍。a級(jí)傳感器的要求。等級(jí)后面的數(shù)字表示評(píng)分值。數(shù)字越大，傳感器質(zhì)量越好。比如C2表示C級(jí)，2000個(gè)評(píng)分值;C5表示C級(jí)，5000個(gè)評(píng)分值。顯然C5比C2高。傳感器常用的等級(jí)是C3和C5，可以用來(lái)制作精度等級(jí)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(fù)誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差和額定輸出溫度附加誤差引起。

　　近年來(lái)，數(shù)字傳感器將A/D轉(zhuǎn)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(hào)，而是經(jīng)過處理的重量數(shù)字信號(hào)。這帶來(lái)了以下優(yōu)點(diǎn):

　　1.儀器可以分別收集每個(gè)數(shù)字傳感器的信號(hào)，并通過線性方程式操作對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)，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(fù)調(diào)整才能達(dá)到要求，每次調(diào)整都需要移動(dòng)沉重的砝碼，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

　　2.由于儀器可以檢測(cè)到每個(gè)傳感器的信號(hào)，任何傳感器都可以從儀器上觀察到問題，便于維護(hù)和工作。

　　3.數(shù)字傳感器使用485接口傳輸數(shù)字信號(hào)，傳輸距離遠(yuǎn)，不受干擾?？朔四M信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)睦щy和容易受到干擾的問題。

　　4.數(shù)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(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

　　稱重傳感器被稱為電子衡器的神經(jīng)系統(tǒng)，其性能在很大程度上決定了電子衡器的精度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到如何選擇傳感器的問題。

　　稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)電信號(hào)輸出的裝置。使用傳感器時(shí)，首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這對(duì)于正確選擇傳感器至關(guān)重要，它關(guān)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(gè)衡器的可靠性和安全性。

　　環(huán)境對(duì)傳感器的影響主要包括以下幾個(gè)方面:

　　(1)高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂層材料熔化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化等問題。高溫環(huán)境下工作的傳感器經(jīng)常使用耐高溫傳感器;此外，必須配備隔熱、水冷或氣冷設(shè)備。

　　(2)灰塵和濕氣對(duì)傳感器造成短路的影響。在這種環(huán)境條件下，應(yīng)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(jī)械緊固密封;焊接(氬弧焊、等離子束焊)和抽真空氮?dú)饷芊狻?/p>

　　從密封效果來(lái)看，焊接密封是填充涂層密封劑的量差。對(duì)于在室內(nèi)清潔干燥環(huán)境下工作的傳感器，可以選擇涂膠密封的傳感器，但對(duì)于在濕氣、粉塵性高的環(huán)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(huán)境中，如潮濕、酸性對(duì)傳感器產(chǎn)生彈性體損傷或短路等影響，應(yīng)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(chǎng)對(duì)傳感器輸出紊亂信號(hào)的影響。在這種情況下，嚴(yán)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(duì)傳感器造成了徹底的損害，還對(duì)其他設(shè)備和人身安全構(gòu)成了極大的威脅。所以在易燃易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求:在易燃易爆環(huán)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(qiáng)度，以及電纜引出頭的防水、防潮、防爆等。

　　其次，傳感器的數(shù)量和范圍的選擇。

　　感應(yīng)器數(shù)量的選擇取決于電子衡器的用途和秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心與實(shí)際重心重合的原則確定)。一般來(lái)說(shuō)，秤有幾個(gè)支撐點(diǎn)選擇幾個(gè)傳感器，但對(duì)于一些特殊的秤，如電子吊鉤秤，只能使用一個(gè)傳感器，有些機(jī)電結(jié)合秤應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定傳感器的數(shù)量。

　　感應(yīng)器范圍的選擇可以根據(jù)秤的稱重值、選擇感應(yīng)器的數(shù)量、秤體的自重、可能產(chǎn)生的偏載和動(dòng)載等因素進(jìn)行綜合評(píng)估。一般而言，感應(yīng)器范圍越接近分配到每個(gè)感應(yīng)器的載荷，其稱重精度就越高。但是在實(shí)際使用中，由于加載到感應(yīng)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(dòng)沖擊等載荷，所以在選擇感應(yīng)器范圍時(shí)，應(yīng)考慮多種因素，以確保感應(yīng)器的安全和使用壽命。

　　感應(yīng)器范圍的計(jì)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(yàn)確定的。

　　公式如下：

　　C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N

　　C—單個(gè)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(diǎn)的數(shù)量;K-0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間人;K-1—沖擊系數(shù);K-2—秤體的重心偏移系數(shù);K-3—風(fēng)壓系數(shù)。

　　例如：一臺(tái)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(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，選取保險(xiǎn)系數(shù)K-0=1.25，沖擊系數(shù)K-1=1.18，重心偏移系數(shù)K-2—=1.03，風(fēng)壓系數(shù)K-3=1.02，試確定傳感器的噸位。

　　解：根據(jù)傳感器量程計(jì)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(jù)經(jīng)驗(yàn)，稱重傳感器一般應(yīng)工作在30%~70%的范圍內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過程中沖擊力較大的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼秤等。選擇傳感器時(shí)，一般應(yīng)擴(kuò)大范圍，使傳感器工作在范圍的20%~30%以內(nèi)，增加傳感器的稱重儲(chǔ)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(yīng)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(yīng)考慮制造商的建議。制造商通常根據(jù)傳感器的應(yīng)力、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)類型、彈性體材料等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍。例如，鋁懸臂梁傳感器適用于定價(jià)秤、平臺(tái)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(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

　　還應(yīng)選擇傳感器的精度等級(jí)。

　　傳感器的精度等級(jí)包括非線性、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。選擇傳感器時(shí)，不僅要追求高級(jí)傳感器，還要考慮電子秤的精度和成本。

　　傳感器級(jí)別的選擇必須滿足以下兩個(gè)條件:

　　1.滿足儀器輸入的要求。稱重顯示器是對(duì)稱重傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理后顯示的稱重結(jié)果。因此，稱重傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀器所需的輸入信號(hào)，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(jì)算結(jié)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(lì)電源電壓*稱重。

　　秤的分度數(shù)*傳感器的數(shù)量*傳感器的范圍。

　　舉例來(lái)說(shuō)：一個(gè)稱重25kg的定量包裝秤，分度數(shù)為1000個(gè);秤體采用3個(gè)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(jīng)查閱，AD4325儀器的輸入靈敏度為0.6μV/d，所以根據(jù)稱重傳感器與儀器的匹配公式，儀器的實(shí)際輸入信號(hào)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(gè)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(duì)稱傳感器的精度時(shí)，稱重傳感器的精度應(yīng)略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤的強(qiáng)度差、儀器性能差、秤的工作環(huán)境差等因素直接影響秤的精度要求。因此，有必要從各個(gè)方面提高要求，考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。