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稱重傳感器的基本知識(shí)

首先了解傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)--概念定義：人們通常把被測(cè)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(shí)接觸較多物理量就有溫度、濕度、質(zhì)量、重量、力、壓強(qiáng)、速度、加速度、長(zhǎng)度、角度、液位、流量、密度等，與此相以對(duì)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(cè)力傳感器、壓強(qiáng)傳感器等等。

電阻應(yīng)變式稱重傳感器方面知識(shí)

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?lái)測(cè)量質(zhì)量的傳感器。稱重傳感器能把被測(cè)質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。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。

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(cè)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。

應(yīng)變式測(cè)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(cè)力傳感器。例拉力、壓力、壓強(qiáng)、扭拒、加速度等傳感器。

應(yīng)變式稱重測(cè)力傳感器與測(cè)力傳感器之間的關(guān)系

從理論上說(shuō)，質(zhì)量表征實(shí)體的一種性質(zhì)，其測(cè)量單位是千克，而力學(xué)量是一種向量，測(cè)量單位是牛頓及其它導(dǎo)出量，彼此毫無(wú)關(guān)系。但由于質(zhì)量不能直接測(cè)量，質(zhì)量是利用質(zhì)量在地球重力場(chǎng)中的力效應(yīng)(重量)來(lái)測(cè)量的，所以從測(cè)量技術(shù)而論它們彼此是同類的。

稱重傳感器負(fù)荷特性方面知識(shí)

額定量程：一只傳感器的額定量程是指在設(shè)計(jì)此傳感器在設(shè)計(jì)此傳感器時(shí)，是以多大的力值來(lái)計(jì)算的。但實(shí)際使用時(shí)，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(fù)荷(或稱安全超載)：允許在一定范圍內(nèi)超負(fù)荷工作。一般為120%~150%;

極限負(fù)荷(或稱極限超載)：意即當(dāng)工作超過(guò)此值時(shí)，傳感器將會(huì)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(jì)算值要大，例6支30噸汽車秤，照均分計(jì)算，傳感器的量程應(yīng)為5噸，但實(shí)際上我們用不著量程只有15~20噸，是計(jì)算值的3~5倍。這是有理同的：因?yàn)閷?shí)際工作時(shí)的偏載，超載和沖擊是不可避免的。

還有一點(diǎn)要說(shuō)明的是，傳感器量程與靈敏系數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)靈敏度為1mv/v時(shí)，在同等的結(jié)構(gòu)條件下，它顯然比設(shè)計(jì)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(jī)動(dòng)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(huì)有本公司成功和聲譽(yù)。

傳感器技術(shù)參數(shù)方面知識(shí)

靈敏系數(shù)：　 傳感器的靈敏系數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有基本的規(guī)范：1mv/v、2mv/v、3mv/v。在訂貨時(shí)必須明確此參數(shù)。因?yàn)楫?dāng)本公司產(chǎn)品與其它公司產(chǎn)品配套時(shí)，其靈敏系數(shù)必須一致。否則就無(wú)法匹配，精度最高都無(wú)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(hào)與負(fù)荷之間對(duì)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(fù)荷輸出為5000時(shí)，則在1噸時(shí)應(yīng)輸出為1000，2噸時(shí)應(yīng)輸出為2000，3噸時(shí)應(yīng)輸出3000，4噸時(shí)應(yīng)輸出4000。但事實(shí)上這樣的傳感器是不可能有的，它必然有誤差，此不一一對(duì)應(yīng)的誤差，稱為非線性誤差。國(guó)標(biāo)表達(dá)：在被試傳感器上順序施加不少于5級(jí)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(cè)量每一測(cè)試點(diǎn)上傳感器上的輸出信號(hào)值。以上下兩行程為一個(gè)測(cè)量循環(huán)，通常共測(cè)3個(gè)循環(huán)。則傳感器的非線性(L)按下式計(jì)算：L=ΔθL/θn×100%△θL-- 同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次上行程實(shí)際輸出信號(hào)值的算術(shù)平均與平均端點(diǎn)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(fù)荷在同樣條件下反復(fù)施加時(shí)，其輸出值是否能重復(fù)一致，這項(xiàng)特性更重要，更能反映傳感器的品質(zhì)。國(guó)標(biāo)對(duì)重復(fù)性的誤差的表述：重復(fù)性誤差可與非線性同時(shí)測(cè)定。傳感器的重復(fù)性誤差(R)按下式計(jì)算：R=ΔθR/θn×100%。

ΔθR -- 同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次測(cè)量的實(shí)際輸出信號(hào)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(jí)施加負(fù)荷再依次卸下負(fù)荷時(shí)，對(duì)應(yīng)每一級(jí)負(fù)荷，理想情況下應(yīng)有一樣的讀數(shù)，但事實(shí)上下一致，這不一致的程度用滯后誤差這一指標(biāo)來(lái)表示。國(guó)標(biāo)中是這樣來(lái)計(jì)算滯后誤差的：傳感器的滯后誤差(H)按下式計(jì)算：H=ΔθH/θn×100%。

ΔθH --同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次行程實(shí)際輸出信號(hào)值的算術(shù)平均與3次上行程實(shí)際輸出信號(hào)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(gè)方面檢驗(yàn)傳感器的蠕變誤差：其一量蠕變：在5-10秒時(shí)間無(wú)沖擊地加上額定負(fù)荷，在加荷后5~10秒讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時(shí)間性間隔依次記下輸出值。傳感器蠕變(CP)按下式計(jì)算： CP=θ2 -θ3/θn×100%。

其二是蠕變恢復(fù)：盡快去掉額定負(fù)荷(在5~10秒時(shí)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(shí)間間隔依次記下輸出值。傳感器的蠕變恢復(fù)(CR)按下式計(jì)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(chǎng)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(bǔ)償范圍：說(shuō)明此傳感器在生產(chǎn)時(shí)已在這樣的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了補(bǔ)償。例常溫傳感器一般標(biāo)注為-10℃-+55℃。

零點(diǎn)溫度影響(俗稱零點(diǎn)溫漂)：表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時(shí)它的零點(diǎn)的穩(wěn)定性。一般以每℃范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)，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(huì)直接影響電子秤的輸出特征和四角誤差的調(diào)試。國(guó)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(bǔ)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(guò)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(shí)會(huì)增加工時(shí)，因?yàn)閭鞲衅鞯妮斎胱杩箤?duì)穩(wěn)壓電源而言是一個(gè)負(fù)載，只有負(fù)載一樣，同一穩(wěn)壓電源才會(huì)提供一樣的電源電壓。

絕緣阻抗：這是傳感器的一個(gè)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(gè)阻值與其相當(dāng)?shù)牡碾娮?，?duì)這樣一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算，可證明絕緣電阻的大小會(huì)影響傳感器的各項(xiàng)性能。而當(dāng)絕緣阻抗低于某一個(gè)值時(shí)，電橋?qū)o(wú)法正常工作。

推薦激勵(lì)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(lì)電壓：為了提高輸出電號(hào)，在某些情況下(例如大皮重)要求利用加大極激勵(lì)電壓的條件下來(lái)獲得較大的信號(hào)，此時(shí)可加大激勵(lì)電壓;應(yīng)變片允許通過(guò)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(jì)，我們把最大激勵(lì)電壓定為20伏。而對(duì)于橋路阻抗為700歐的傳感器，允許最大激勵(lì)電壓還可高一倍。

其他特性：　　電纜長(zhǎng)度，它與現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(shí)

現(xiàn)代稱重傳感器的原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)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。

根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型

要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)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?yàn)椋词故菧y(cè)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(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大小;被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求;測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式;信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量;傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。

在考慮上述問(wèn)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)。

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?yàn)橹挥蟹Q重傳感器靈敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)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?gòu)耐饨缫氲膹S擾信號(hào)。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)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(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

頻率響應(yīng)特性

　　傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差

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(cè)量精度。在選擇稱重傳感器時(shí)，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(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，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(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。

穩(wěn)定性

傳感器使用一段時(shí)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(zhǎng)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(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)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(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)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(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。

精度

精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，稱重傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)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(duì)量值精度高的;如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。

對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制稱重傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。