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称重传感器的基本原理及选用
更新时间:2019-11-14 点击:114
        一、称重传感器的定义
  称重传感器是考虑到使用地点的重力加速度(g)和空气浮力(f)的影响后,通过把其中一种被测量(质量)转换成另外一种被测量(输出)来测量质量的力的传感器。

  二、称重传感器的基本原理
  弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在其表面的电阻应变片(转换元件)同时产生变形。电阻应变片变形后,其阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,从而完成了将外力变换为电信号的过程。
  由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
  1、电阻应变片
  电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上。电阻应变片的一个重要参数是灵敏系数K。当其两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。伸长时,其横截面积则缩小,截面圆半径则减少。电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间成比例的关系。
  需要说明的是:灵敏度系数K是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,与应变片的形状、尺寸大小无关。不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间。其次K值是一个无因次量,没有量纲。
  在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,很不方便,常常把它的百万分之一作为单位,记作με。
  2、弹性体
  弹性体是一个有特殊形状的结构件。其功能有两个,首先承受称重传感器所受的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡;其次,提供一个高品质的应变场(区),使粘贴在此区的电阻应变片比较理想地完成电信号的转换任务。
  3、检测电路
  检测电路的功能是把电阻应变片的阻值变化转变成为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题等,所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
  称重传感器均采用全桥式等臂电桥,主要是因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵消。

  三、如何选用称重传感器
  称重传感器被喻为电子衡器的心脏,它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。在设计电子衡器时,经常要遇到如何选用传感器的问题。
  称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。传感器所处的实际工作环境,正确选用传感器至关重要,它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命,乃至整个衡器的可靠性和安全性。
  传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说,传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷,其称量的准确度就越高。但在实际使用时,由于加在传感器上的载荷除被称物体外,还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选用传感器量程时,要考虑诸多方面的因素,保证传感器的安全和寿命。
  根据经验,一般应使传感器在其30%~70%量程内工作。但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器,如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等,在选用传感器时,一般要扩大其量程,使传感器在其量程的20%~30%之内工作,使传感器的称量储备量程增大,以保证传感器的使用安全和寿命。传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间,保证安装合适,称量安全可靠;另一方面,要考虑传感器生产厂家的建议。厂家一般会根据传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点规定传感器的适用范围,比如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等,钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等,钢质桥式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。
  此外,选用的传感器须满足仪表输入灵敏度的要求,须能够与所选仪表匹配,满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由机械机构、传感器、仪表三部分组成,在对传感器准确度选择的时候,应使传感器的准确度略高于理论计算值,因为理论往往受到客观条件的限制,如机械结构的强度、仪表的性能、秤的工作环境恶劣程度等因素都直接影响到秤的准确度。因此要从各方面提高要求,兼顾经济效益,确保达到目的。

  四、称重传感器的分类
  A.     按受力方式分
压式 
拉式
拉压式
梁式
  B.     按弹性体材料分
不锈钢:主要应用在食品、化工、医药等有腐蚀性环境的场所;
合金钢:腐蚀性环境场所;
铝合金:一般使用在量程小、价格低的市场。
  C.      按输出数据类别分
模拟传感器:输出为模拟量信号;
数字传感器:输出为数字编码。
  D.     按适用温度分
常温:使用在常规场所,对温度没有特殊要求;
高温:使用在冶金、核电等温度较高(一般在100℃以上)的环境;
  E.      按精度
可查阅GB/T7551-1997《称重传感器》
  f.按外型结构分
柱式
S型
轮辐式
梁式
单点式等
       
       五、称重传感器的基本应用
  称重传感器主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制、安全过载报警、材料试验机等领域。如电子汽车衡、电子台秤、电子叉车、动态轴重秤、电子吊钩秤、电子计价秤、电子钢材秤、电子轨道衡、料斗秤、配料秤、罐装秤等。

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