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稱重傳感器的基礎(chǔ)知識
稱重傳感器的基礎(chǔ)知識
首先了解傳感器的基礎(chǔ)知識--概念定義：人們通常把被測物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成為電量的器件或元件叫傳感器(又稱變換器)。其中平時接觸較多物理量就有溫度、濕度、質(zhì)量、重量、力、壓強、速度、加速度、長度、角度、液位、流量、密度等，與此相以對應(yīng)，生產(chǎn)和生活中就需要溫度傳感器、濕度傳感器、稱重測力傳感器、壓強傳感器等等。
電阻應(yīng)變式稱重傳感器方面知識
1. 稱重傳感器的定義：
一種已考慮到使用當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣群涂諝飧×τ绊懙挠脕頊y量質(zhì)量的傳感器。稱重傳感器能把被測質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電壓信號。有各種各樣的稱重傳感器，例電容式稱重傳感器;電磁平衡式傳感器，有壓電式稱重傳感器等等。
2. 箔式電阻應(yīng)變片
一種基于應(yīng)變——電阻效應(yīng)制成的，用金屬箔作為敏感柵的，能把被測試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件稱為箔式電阻應(yīng)變片。
3. 應(yīng)變式稱重傳感器
采用電阻應(yīng)變片作為敏感元件制造生產(chǎn)的稱重傳感器叫應(yīng)變式稱重傳感器。
4. 應(yīng)變式測力傳感器
采用電阻應(yīng)變片作為敏感元件制造生產(chǎn)的能把各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器叫測力傳感器。例拉力、壓力、壓強、扭拒、加速度等傳感器。
5. 應(yīng)變式稱重測力傳感器與測力傳感器之間的關(guān)系
從理論上說，質(zhì)量表征實體的一種性質(zhì)，其測量單位是千克，而力學(xué)量是一種向量，測量單位是牛頓及其它導(dǎo)出量，彼此毫無關(guān)系。但由于質(zhì)量不能直接測量，質(zhì)量是利用質(zhì)量在地球重力場中的力效應(yīng)(重量)來測量的，所以從測量技術(shù)而論它們彼此是同類的。
稱重傳感器負荷特性方面知識
額定量程：一只傳感器的額定量程是指在設(shè)計此傳感器在設(shè)計此傳感器時，是以多大的力值來計算的。但實際使用時，一般只用額定量程的2/3~1/3甚至只有1/6。(原因見下面分析)。
允許使用負荷(或稱安全超載)：允許在一定范圍內(nèi)超負荷工作。一般為120%~150%;
極限負荷(或稱極限超載)：意即當(dāng)工作超過此值時，傳感器將會受到損壞。此值一般為200%FS~500%FS。
當(dāng)電子秤的量程確定后，傳感器的量程應(yīng)選得比計算值要大，例6支30噸汽車秤，照均分計算，傳感器的量程應(yīng)為5噸，但實際上我們用不著量程只有15~20噸，是計算值的3~5倍。這是有理同的：因為實際工作時的偏載，超載和沖擊是不可避免的。
還有一點要說明的是，傳感器量程與靈敏系數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)設(shè)計靈敏度為1mv/v時，在同等的結(jié)構(gòu)條件下，它顯然比設(shè)計靈敏度為3mv/v的傳感器安全能力要大3倍。
所以傳感器量程的選擇有一定的機動性和規(guī)律性，一般要求用戶提供總重，凈重及使用工況，在訂貨前必須了解用戶買此稱重傳感器將去干什么用，這是極重要的，保證用戶使用成功。才會有本公司成功和聲譽。
傳感器技術(shù)參數(shù)方面知識
靈敏系數(shù)： 傳感器的靈敏系數(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)有基本的規(guī)范：1mv/v、2mv/v、3mv/v。在訂貨時必須明確此參數(shù)。因為當(dāng)本公司產(chǎn)品與其它公司產(chǎn)品配套時，其靈敏系數(shù)必須一致。否則就無法匹配，精度最高都無法使用。此參數(shù)表征了傳感器的輸出特性。
非線性誤差： 這是表征此傳感器輸出的電壓信號與負荷之間對應(yīng)關(guān)系的精確程度的參數(shù)。例最大量程為5噸的傳感器，在極端理想條件下，空輸出為零，滿負荷輸出為5000時，則在1噸時應(yīng)輸出為1000，2噸時應(yīng)輸出為2000，3噸時應(yīng)輸出3000，4噸時應(yīng)輸出4000。但事實上這樣的傳感器是不可能有的，它必然有誤差，此不一一對應(yīng)的誤差，稱為非線性誤差。國標(biāo)表達：在被試傳感器上順序施加不少于5級載荷，通常為0%、20%、40%、60%、80%、100%的額定載荷。并在每次施加載荷后測量每一測試點上傳感器上的輸出信號值。以上下兩行程為一個測量循環(huán)，通常共測3個循環(huán)。則傳感器的非線性(L)按下式計算：L=ΔθL/θn×100%△θL-- 同一試驗點上3次上行程實際輸出信號值的算術(shù)平均與平均端點直線之間的最大差值(mv)
重復(fù)性誤差： 重復(fù)性誤差表征傳感器在同一負荷在同樣條件下反復(fù)施加時，其輸出值是否能重復(fù)一致，這項特性更重要，更能反映傳感器的品質(zhì)。國標(biāo)對重復(fù)性的誤差的表述：重復(fù)性誤差可與非線性同時測定。傳感器的重復(fù)性誤差(R)按下式計算：R=ΔθR/θn×100%。
ΔθR -- 同一試驗點上3次測量的實際輸出信號值之間的最大差值(mv)。
滯后誤差： 滯后誤差的通俗意思是：逐級施加負荷再依次卸下負荷時，對應(yīng)每一級負荷，理想情況下應(yīng)有一樣的讀數(shù)，但事實上下一致，這不一致的程度用滯后誤差這一指標(biāo)來表示。國標(biāo)中是這樣來計算滯后誤差的：傳感器的滯后誤差(H)按下式計算：H=ΔθH/θn×100%。
ΔθH --同一試驗點上3次行程實際輸出信號值的算術(shù)平均與3次上行程實際輸出信號值的算術(shù)平均之間的最大差值(mv)。
蠕變和蠕變誤差： 要求從兩個方面檢驗傳感器的蠕變誤差：其一量蠕變：在5-10秒時間無沖擊地加上額定負荷，在加荷后5~10秒讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時間性間隔依次記下輸出值。傳感器蠕變(CP)按下式計算： CP=θ2 -θ3/θn×100%。
其二是蠕變恢復(fù)：盡快去掉額定負荷(在5~10秒時間內(nèi))，卸荷后在5~10秒內(nèi)立即讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時間間隔依次記下輸出值。傳感器的蠕變恢復(fù)(CR)按下式計算：
CR=θ5 - θ6 /θn×100%。
溫度特性： 允許使用溫度：規(guī)定了此傳感器能適用的場合。例常溫傳感器一般標(biāo)注為：-20℃---+70℃。高溫傳感器標(biāo)注為：-40℃---250℃。
溫度補償范圍：說明此傳感器在生產(chǎn)時已在這樣的溫度范圍內(nèi)進行了補償。例常溫傳感器一般標(biāo)注為-10℃-+55℃。
零點溫度影響(俗稱零點溫漂)：表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時它的零點的穩(wěn)定性。一般以每℃范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計量單位。
輸出靈敏系數(shù)的溫度影響(俗稱系數(shù)溫漂)：此參數(shù)表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時輸出靈敏度的穩(wěn)定性。一般以每℃范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計量單位。
電器特性：輸出阻抗：當(dāng)本公司傳感器與其它廠家傳感器并聯(lián)使用時，必須弄清該公司產(chǎn)品的輸出阻抗，此值必須與其一致，否則它會直接影響電子秤的輸出特征和四角誤差的調(diào)試。國內(nèi)外應(yīng)變式傳感器的輸出阻抗有一定的規(guī)范：一般為350歐、700歐、也有600歐(例菲利浦公司的傳感器)。
輸入阻抗：由于傳感器的輸入端彈模補償電阻和靈敏系數(shù)調(diào)整電阻，所以傳感器的輸入電阻都大于輸出電阻，但可通過并聯(lián)電阻方法使其變化。要求各傳感器的輸入阻抗一致，若與其它廠家的傳感器匹配。則應(yīng)使輸入阻抗與其一致，否則在調(diào)試四角誤差時會增加工時，因為傳感器的輸入阻抗對穩(wěn)壓電源而言是一個負載，只有負載一樣，同一穩(wěn)壓電源才會提供一樣的電源電壓。
絕緣阻抗：這是傳感器的一個重要性能參數(shù)。絕緣阻抗相當(dāng)于傳感器橋路與地之間串了一個阻值與其相當(dāng)?shù)牡碾娮?，對這樣一個電路網(wǎng)絡(luò)進行計算，可證明絕緣電阻的大小會影響傳感器的各項性能。而當(dāng)絕緣阻抗低于某一個值時，電橋?qū)o法正常工作。
推薦激勵電壓：一般為5~10伏。因一般稱重儀表內(nèi)配的穩(wěn)壓電源為5或10伏。
允許最大激勵電壓：為了提高輸出電號，在某些情況下(例如大皮重)要求利用加大極激勵電壓的條件下來獲得較大的信號，此時可加大激勵電壓;應(yīng)變片允許通過最大電流為25毫安，所以當(dāng)橋路阻抗為350歐的傳感器，允許最大極力電壓為17伏，由于采用高品質(zhì)的應(yīng)變計，我們把最大激勵電壓定為20伏。而對于橋路阻抗為700歐的傳感器，允許最大激勵電壓還可高一倍。
其他特性： 電纜長度，它與現(xiàn)場布局有關(guān)，定貨前必須看清楚公司產(chǎn)品的常規(guī)電纜長度。另外，注意環(huán)境是否有腐蝕性、是否有沖擊情況、是否高溫或低溫。
稱重傳感器選用知識
現(xiàn)代稱重傳感器的原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。
1) 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型
要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小;被測位置對傳感器體積的要求;測量方式為接觸式還是非接觸式;信號的引出方法，有線或是非接觸測量;傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。
在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。
2) 靈敏度的選擇
通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有稱重傳感器靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。
傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。
3) 頻率響應(yīng)特性
傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差
4) 線性范圍
傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的稱重測量精度。在選擇稱重傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。
5) 穩(wěn)定性
傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。
在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。
6) 精度
精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，稱重傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的;如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制稱重傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。
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稱重傳感器根據(jù)哪個方面而選擇最好
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