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稱(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器應(yīng)先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境,這點(diǎn)對(duì)正確選用稱(chēng)重傳感器至關(guān)重要,它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。在稱(chēng)重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上,新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。主要有S型、懸臂型、輪輻式、板環(huán)式、膜盒式、橋式、柱筒式等幾種樣式。
目錄
舊國(guó)標(biāo)將應(yīng)用對(duì)象和使用環(huán)境條件*不同的“稱(chēng)重”和“測(cè)力”兩種傳感器合二為一來(lái)考慮,對(duì)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。舊國(guó)標(biāo)共有21項(xiàng)指標(biāo),均在常溫下進(jìn)行試驗(yàn);并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項(xiàng)指標(biāo)中的大誤差,來(lái)確定稱(chēng)重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí),分別用0.02、0.03、0.05表示。
衡器上使用的一種力傳感器。它能將作用在被測(cè)物體上的重力按一
定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)??紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響,稱(chēng)重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質(zhì)量計(jì)量系統(tǒng)中,通常用綜合誤差帶來(lái)綜合控制傳感器準(zhǔn)確度,并將綜合誤差帶與衡器誤差帶(圖1)聯(lián)系起來(lái),以便選用對(duì)應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱(chēng)重傳感器。國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)規(guī)定,傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70%,稱(chēng)重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對(duì)靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過(guò)誤差帶δ。這就允許制造廠對(duì)構(gòu)成計(jì)量總誤差的各個(gè)分量進(jìn)行調(diào)整,從而獲得期望的準(zhǔn)確度[1] 。
稱(chēng)重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類(lèi),以電阻應(yīng)變式使用廣。
光電式
包括光柵式和碼盤(pán)式兩種。
光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)(圖2)。光柵有兩塊,一為固定光柵,另一為裝在表盤(pán)軸上的移動(dòng)光柵。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿系統(tǒng)使表盤(pán)軸旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng),使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表,即可計(jì)算出移過(guò)的莫爾條紋數(shù)量,測(cè)出光柵轉(zhuǎn)動(dòng)角的大小,從而確定和讀出被測(cè)物質(zhì)量。
碼盤(pán)式傳感器(圖3)的碼盤(pán)(符號(hào)板)是一塊裝在表盤(pán)軸上的透明玻璃,上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿使表盤(pán)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),碼盤(pán)也隨之轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。光電池將透過(guò)碼盤(pán)接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理,后在顯示器上顯示出代表被測(cè)質(zhì)量的數(shù)字。光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。
液壓式
如圖4所示,在受被測(cè)物重力P作用時(shí),液壓油的壓力增大,增大的程度與P成正比。測(cè)出壓力的增大值,即可確定被測(cè)物的質(zhì)量。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固,測(cè)量范圍大,但準(zhǔn)確度一般不超過(guò)1/100。
電容式
它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關(guān)系工作(圖6 )。極板有兩塊,一塊固定不動(dòng),另一塊可移動(dòng)。在承重臺(tái)加載被測(cè)物時(shí),板簧撓曲,兩極板之間的距離發(fā)生變化,電路的振蕩頻率也隨之變化。測(cè)出頻率的變化即可求出承重臺(tái)上被測(cè)物的質(zhì)量。電容式傳感器耗電量少,造價(jià)低,準(zhǔn)確度為1/200~1/500。
主要優(yōu)點(diǎn)
電阻、電感和電容是電子技術(shù)中的三大類(lèi)無(wú)源元件,電容式傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器,它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。
電容式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)高阻抗,小功率,僅需很低的輸入能量。
?。?)可獲得較大的變化量,從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,工作頻率可達(dá)幾兆赫,稠b接觸測(cè)量,被測(cè)物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可。
?。?)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.適應(yīng)性強(qiáng),可在高低溫、強(qiáng)輻射等惡劣的環(huán)境下工作,應(yīng)用較廣。
隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電容式傳感器所存在的易受干擾和易受分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服,而且還開(kāi)發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器:因此它在非電量測(cè)量和自動(dòng)檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用,可測(cè)量壓力、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、A度、厚度、液位、濕度、振動(dòng)、成分含量等參數(shù)。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景。
主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)一:輸出阻抗高,負(fù)載能力差
缺點(diǎn)二:輸出特性非線性
缺點(diǎn)三:寄生電容影響大
電磁力式
它利用承重臺(tái)上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作(圖5)。當(dāng)承重臺(tái)上放有被測(cè)物時(shí),杠桿的一端向上傾斜;光電件檢測(cè)出傾斜度信號(hào),經(jīng)放大后流入線圈,產(chǎn)生電磁力,使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。對(duì)產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,即可確定被測(cè)物質(zhì)量。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高,可達(dá)1/2000~1/60000,但稱(chēng)量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。
磁極變形式
鐵磁元件在被測(cè)物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化,使繞在鐵磁元件(磁極)兩側(cè)的次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測(cè)量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,進(jìn)而確定被測(cè)物的質(zhì)量。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高,一般為1/100,適用于大噸位稱(chēng)量工作,稱(chēng)量范圍為幾十至幾萬(wàn)千克。
振動(dòng)式
彈性元件受力后,其固有振動(dòng)頻率與作用力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化,即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力,進(jìn)而求出其質(zhì)量。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí),V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下,且左弦的拉力增大,右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差,即可求出被測(cè)物的質(zhì)量。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高,可達(dá)1/1000~1/10000,稱(chēng)量范圍為100克至幾百千克,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工難度大,造價(jià)高。
音叉式傳感器的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件,它以音叉的固有頻率振蕩,并可測(cè)出振蕩頻率。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí),音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,增加的程度與施加力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化,即可求出重物施加于音叉上的力,進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小,計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000~1/200000,稱(chēng)量范圍為500g~10kg。
陀螺儀式
轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中,以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接,并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。外框架經(jīng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接,并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí),產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)(進(jìn)動(dòng))。進(jìn)動(dòng)角速度ω與外力P/2成正比,通過(guò)檢測(cè)頻率的方法測(cè)出ω,即可求出外力大小,進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測(cè)物的質(zhì)量。
陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒),無(wú)滯后現(xiàn)象,溫度特性好(3ppm), 振動(dòng)影響小, 頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高,故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000~1/60000)。
電阻應(yīng)變式
利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作(圖11)。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。
板環(huán)式
板環(huán)式稱(chēng)重傳感器的結(jié)構(gòu)具有明確的應(yīng)力流線分布、輸出靈敏度高、彈性體為一整體、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力狀態(tài)穩(wěn)定、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。目前在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對(duì)這種結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計(jì)公式目前還不很完善。因這種彈性體的應(yīng)變計(jì)算比較復(fù)雜,通常在設(shè)計(jì)時(shí)把它看作為圓環(huán)式彈性體進(jìn)行估算。特別是對(duì)1t及以下量程的板環(huán)式傳感器設(shè)計(jì)計(jì)算誤差更大,同時(shí)往往還會(huì)出現(xiàn)較大的非線性誤差。
板環(huán)式稱(chēng)重傳感器用途與特點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)性能好。精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。適用于吊鉤秤、機(jī)電結(jié)合秤及其它力值的測(cè)
數(shù)字式
1.定義
數(shù)字稱(chēng)重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力-電轉(zhuǎn)換裝置,它主要是指集電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器、電子放大器(英文簡(jiǎn)稱(chēng)AMC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(英文簡(jiǎn)稱(chēng)ADC)、微處理器(簡(jiǎn)稱(chēng)MCU)于一體的新型傳感器。
2.特點(diǎn)和應(yīng)用
數(shù)字稱(chēng)重傳感器和數(shù)字計(jì)量?jī)x表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱(chēng)重技術(shù)領(lǐng)域的新寵,其以調(diào)試簡(jiǎn)便、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)正在該領(lǐng)域嶄露頭角。
3.S型定義
S型稱(chēng)重傳感器如圖所示是傳感器中為常見(jiàn)的一種傳感器,主要用于測(cè)固體間的拉力和壓力,通用也人們也稱(chēng)之為拉壓力傳感器,因?yàn)樗耐庑蜗馭形狀,所以習(xí)慣上也稱(chēng)S型稱(chēng)重傳感器,此傳感器采用合金鋼材質(zhì),膠密封防護(hù)處理,安裝容易,使用方便,適用于吊秤,配料秤,機(jī)改秤等電子測(cè)力稱(chēng)重系統(tǒng)。
1、敏感元件
直接感受被測(cè)量(質(zhì)量)并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的其他量的元件。如電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的彈性體,是將被測(cè)物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫?電容式稱(chēng)重傳感器的彈性體將被測(cè)的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰啤?/p>
2、變換元件
又稱(chēng)傳感元件,是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y(cè)量的信號(hào)。如電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的電阻應(yīng)變計(jì)(或稱(chēng)電阻應(yīng)變片),將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電阻量的變化;電容式稱(chēng)重傳感器的電容器,將彈性體的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。有時(shí)某些元件兼有敏感元件和變換元件兩者的職能。如電壓式稱(chēng)重傳感器的壓電材料,在外載荷的作用下,在發(fā)生變形的同時(shí)輸出電量。
3、測(cè)量元件
將變換元件的輸出變換為電信號(hào),為進(jìn)一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。如電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中的電橋電路,壓電式稱(chēng)重傳感器的電荷前置放大器。
4、輔助電源
為傳感器的電信號(hào)輸出提供能量。一般稱(chēng)重傳感器均需外鏈電源才能工作。因此,作為一個(gè)產(chǎn)品必須標(biāo)明供電的要求,但不作為稱(chēng)重傳感器的組成部分。有些傳感器,如磁電式速度傳感器,由于他輸出的能量較大,故不需要輔助電源也能正常工作。所以并非所有傳感器都要有輔助電源。
原理
電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減小),再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。
由此可見(jiàn),電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中*的幾個(gè)主要部分。下面就這三方面簡(jiǎn)要論述。
一、電阻應(yīng)變片
電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)材料制成的基底上,即成為一片應(yīng)變片。他的一個(gè)重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來(lái)介紹一下它的意義。
設(shè)有一個(gè)金屬電阻絲,其長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面是半徑為r的圓形,其面積記作S,其電阻率記作ρ,這種材料的泊松系數(shù)是μ。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時(shí),它的電阻值為R:
R = ρL/S(Ω) (2—1)
當(dāng)他的兩端受F力作用時(shí),將會(huì)伸長(zhǎng),也就是說(shuō)產(chǎn)生變形。設(shè)其伸長(zhǎng)ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實(shí)驗(yàn)證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會(huì)有所改變,記作Δρ。
對(duì)式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長(zhǎng)后,他的電阻值改變了多少。我們有:
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2)
用式(2--1)去除式(2--2)得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S (2—3)
另外,我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = πr2,則 Δs = 2πr*Δr,所以
ΔS/S = 2Δr/r (2—4)
從材料力學(xué)我們知道
Δr/r = -μΔL/L (2—5)
其中,負(fù)號(hào)表示伸長(zhǎng)時(shí),半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=(1 + 2μ(Δρ/ρ)/(ΔL/L))*ΔL/L
= K *ΔL/L (2--6)
其中
K = 1 + 2μ +(Δρ/ρ)/(ΔL/L) (2--7)
式(2--6))說(shuō)明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率(電阻相對(duì)變化)和電阻絲伸長(zhǎng)率(長(zhǎng)度相對(duì)變化)之間的關(guān)系。
需要說(shuō)明的是:靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個(gè)常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無(wú)關(guān),不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個(gè)無(wú)因次量,即它沒(méi)有量綱。
在材料力學(xué)中ΔL/L稱(chēng)作為應(yīng)變,記作ε,用它來(lái)表示彈性往往顯得太大,很不方便
常常把它的百萬(wàn)分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫(xiě)作:
ΔR/R = Kε (2—8)
二、彈性體
彈性體是一個(gè)有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個(gè),首先是它承受稱(chēng)重傳感器所受的外力,對(duì)外力產(chǎn)生反作用力,達(dá)到相對(duì)靜平衡;其次,它要產(chǎn)生一個(gè)高品質(zhì)的應(yīng)變場(chǎng)(區(qū)),使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號(hào)的轉(zhuǎn)換任務(wù)。
以稱(chēng)重傳感器的彈性體為例,來(lái)介紹一下其中的應(yīng)力分布。
設(shè)有一帶有肓孔的長(zhǎng)方體懸臂梁。
肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上、下部分將會(huì)出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。主應(yīng)力方向一為拉神,一為壓縮,若把應(yīng)變片貼在這里,則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應(yīng)變片的下半部將受壓縮,阻值減少。下面列出肓孔底部中心點(diǎn)的應(yīng)變表達(dá)式,而不再推導(dǎo)。
ε = (3Q(1+μ)/2Eb)*(B(H2-h2)+bh2)/ (B(H3-h3)+bh3) (2--9)
其中:Q--截面上的剪力;E--揚(yáng)氏模量:μ—泊松系數(shù);B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說(shuō)明的是,上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況,而應(yīng)變片實(shí)際感受的是“平均”狀態(tài)。
三、檢測(cè)電路
檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn),如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側(cè)向力干擾,可以比較方便的解決稱(chēng)重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等,所以惠斯登電橋在稱(chēng)重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。
因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度高,各臂參數(shù)一致,各種干擾的影響容易相互抵銷(xiāo),所以稱(chēng)重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
常用材料
稱(chēng)重傳感器性能的好壞很大程度上取決于制造材料的選擇。稱(chēng)重傳感器材料包括以下幾個(gè)部分:應(yīng)變片材料、彈性體材料、貼片黏合劑材料、密封膠材料、引線密封材料和引線材料。
應(yīng)變片和電阻元件材料
應(yīng)變片是稱(chēng)重傳感器的感應(yīng)部分,它將外力的大小轉(zhuǎn)化為電學(xué)量輸出,是傳感器重要的組成部分,常用的應(yīng)變片基材采用高分子薄膜材料,應(yīng)變材質(zhì)通常為高純度康銅 。應(yīng)變片的性能不僅僅與基材和康銅純度有關(guān),還與制造工藝有關(guān)。提高工藝技術(shù)水平也是改善傳感器性能一個(gè)很重要的方面。
彈性體材料
稱(chēng)重傳感器彈性體的作用是傳遞外力,它必須具有在受到相同力大小的時(shí)候,產(chǎn)生形變一樣,因?yàn)閼?yīng)變片就粘貼在彈性體上面,彈性體的形變就是應(yīng)變片的形變;同時(shí)它還須具有復(fù)位性,在外力消失的時(shí)候,可以自動(dòng)復(fù)位。彈性體材料通常選擇各樣金屬,主要有鋁合金、不銹鋼和合金鋼等等。
貼片黏合劑材料
貼片黏合劑是把應(yīng)變片和彈性體牢牢固定在一起,使它們產(chǎn)生的形變永遠(yuǎn)一致。由此可見(jiàn),貼片黏合劑也是一個(gè)重要部件。21世紀(jì)初,使用叫多的貼片黏合劑是雙組分高分子環(huán)氧系列黏合劑。21世紀(jì)初,它的性能與它自身的純度、混合方式、儲(chǔ)存時(shí)間、固化方式、固化時(shí)間等關(guān)系很大,在使用之前按要仔細(xì)看它的詳細(xì)介紹。
密封膠材料
早期的稱(chēng)重傳感器密封都采用密封膠,后來(lái)由于制造技術(shù)的發(fā)展,用焊接技術(shù)可以提高極大傳感器的穩(wěn)定性和使用壽命。雖然21世紀(jì)初很多采用了焊接技術(shù),但是某些重要部位還需涂抹一些密封膠。密封膠一般都采用硅膠,硅膠具有穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),可以防潮、防腐蝕,絕緣性能也非常好。
引線密封和引線材料
傳感器輸出引線如果不固定的話,會(huì)發(fā)生損壞或松動(dòng),導(dǎo)致信號(hào)不穩(wěn)定或沒(méi)有輸出。21世紀(jì)初傳感器輸出都采用連接器的方式,連接器的材質(zhì)和緊固力度也會(huì)給輸出帶來(lái)影響。好采用連接器跟密封膠配合使用。內(nèi)部引線也需要固定,防止其到處移動(dòng)。引線的質(zhì)量也很重要,其材質(zhì)性能從高到低的排列順序依次為鍍銀、銅線和鋁線。如果周?chē)哳l信號(hào)、無(wú)線電波干擾嚴(yán)重的話,還需采用屏蔽電纜;在腐蝕性環(huán)境和易燃易爆場(chǎng)合則需要采用防腐防阻燃和防爆電纜,外加套管進(jìn)行保護(hù)。
1、稱(chēng)重傳感器要輕拿輕放,尤其對(duì)于用合金鋁材料作為彈性體的小容量傳感器,任何振動(dòng)造成的沖擊或者跌落,都很有可能造成很大的輸出誤差。
2、設(shè)計(jì)加載裝置及安裝時(shí)應(yīng)保證加載力的作用稱(chēng)重傳感器受力軸線重合,使傾斜負(fù)荷和偏心負(fù)荷的影響減至小。
3、在水平調(diào)整方面。如果使用的是稱(chēng)重傳感器的話,其底座的安裝平面要使用水平儀調(diào)整直到水平;如果是多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量的情況,那么它們底座的安裝面要盡量保持在一個(gè)水平面上,這樣做的目的主要是為了保證每個(gè)傳感器所承受的力量基本一致。
4、按照其說(shuō)明中稱(chēng)重傳感器的量程選定來(lái)確定所用傳感器的額定載荷。
5、為防止化學(xué)腐蝕.安裝時(shí)宜用凡士林涂稱(chēng)重傳感器外表面。應(yīng)避免陽(yáng)光直曬和環(huán)境溫度劇變的場(chǎng)臺(tái)使用。
6、在稱(chēng)重傳感器加載裝置兩端加接銅編織線做的旁路器。
7、電纜線不宜自行加長(zhǎng),在確實(shí)需加長(zhǎng)時(shí)應(yīng)在接頭處錫焊,并加防潮密封膠。
8、在稱(chēng)重傳感器周?chē)貌捎靡恍醢灏褌鞲衅髡制饋?lái)。這樣做的目的可防止雜物掉進(jìn)傳感器的運(yùn)動(dòng)部分,影響其測(cè)量精度。
9、傳感器的電纜線應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)動(dòng)力電源線或有脈沖波的場(chǎng)所,無(wú)法避競(jìng)時(shí)應(yīng)把稱(chēng)重傳感器的電纜線單獨(dú)穿入鐵管內(nèi),并盡量縮短連接距離。
10、按其說(shuō)明中的稱(chēng)重傳感器量程選定來(lái)確定所用傳感器的額定載荷,稱(chēng)重傳感器雖然本身具備一定的過(guò)載能力,但在安裝和使用過(guò)程中應(yīng)盡量避免此種情況。有時(shí)短時(shí)間的超載,也可能會(huì)造成傳感器損壞。
11、在高度精度使用場(chǎng)合,應(yīng)使/稱(chēng)重傳感器和儀表在預(yù)熱30分鐘后使用。
應(yīng)用
在高速公路的入口處建造載重檢測(cè)支路,當(dāng)載重卡車(chē)駛過(guò)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重橋時(shí),稱(chēng)重傳感器和電子稱(chēng)即自行檢查判斷,同時(shí)給出信號(hào)控制交通信號(hào)燈。這樣我們就能很好的知道車(chē)輛有沒(méi)有超重,從而考慮要不要此車(chē)輛通行。這種應(yīng)用在高速路上的稱(chēng)重傳感器要求量程大,精度要求不是特別高,但是長(zhǎng)期穩(wěn)定性必須好,隨著傳感器和其它電子設(shè)備的發(fā)展,將會(huì)越來(lái)越智能化,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人控制就能阻止超重車(chē)輛通過(guò),還能能車(chē)輛按重量收費(fèi)。[3]
接線方法
稱(chēng)重傳感器的出線方式有4線和6線兩種,模塊或稱(chēng)重變送器的接線也有4線和6線兩種,要接4線還是6線首先要看你的硬件要求是怎樣的,原則是:傳感器能接6線的不接4線,必須接4線的就要進(jìn)行短接。
一般的稱(chēng)重傳感器都是六線制的,當(dāng)接成四線制時(shí),電源線(EXC-,EXC+)與反饋線(SEN-,SEN+)就分別短接了。SEN+和SEN-是補(bǔ)償線路電阻用的。SEN+和EXC+是通路的,SEN-和EXC-是通路的。
EXC+和EXC-是給稱(chēng)重傳感器供電的,但是由于稱(chēng)重模塊和傳感器之間的線路損耗,實(shí)際上傳感器接收到的電壓會(huì)小于供電電壓。每個(gè)稱(chēng)重傳感器都有一個(gè)mV/V的特性,它輸出的mV信號(hào)與接收到的電壓密切相關(guān),SENS+和SENS-實(shí)際上是稱(chēng)重傳感器內(nèi)的一個(gè)高阻抗回路,可以將稱(chēng)重模塊實(shí)際接收到的電壓反饋給稱(chēng)重模塊。假設(shè)EXC+和EXC-為10V,線路損耗,傳感器2mV/V,實(shí)際上傳感器輸出大信號(hào)為()*2=19mV,而不是20mV。此時(shí)稱(chēng)重傳感器內(nèi)部就會(huì)把19mV作為大量程,前提是傳感器必須通過(guò)反饋回路把實(shí)際電壓反饋給稱(chēng)重模塊。在稱(chēng)重傳感器上將EXC+與 SENS+短接,EXC-與SENS-短接,于傳感器與稱(chēng)重模塊距離較近,電壓損耗非常小的場(chǎng)合,否則測(cè)量存在誤差。
工作過(guò)程
在測(cè)量過(guò)程中,重量加載到稱(chēng)重傳感器的彈性體上會(huì)引起塑性變形。
電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的工作過(guò)程
電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的工作過(guò)程
應(yīng)變 (正向和負(fù)向) 通過(guò)安裝在彈性體上的應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。
儀表應(yīng)用
稱(chēng)重儀表也叫稱(chēng)重顯示控制儀表,是將稱(chēng)重傳感器信號(hào)(或再通過(guò)重量變送器)轉(zhuǎn)換為重量數(shù)字顯示,并可對(duì)重量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、統(tǒng)計(jì)、打印的電子設(shè)備,常用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化配料,稱(chēng)重,以提高生產(chǎn)效率。
在工企業(yè)中應(yīng)用的稱(chēng)重儀表性能指標(biāo)通常用度(又稱(chēng)精度)、變差、敏銳度來(lái)形貌。儀表工校驗(yàn)儀表通常也是調(diào)校度,變差和敏銳度三項(xiàng)。
1.變差是指稱(chēng)重儀表被測(cè)變量(可明白為輸入信號(hào))多次從差異偏向到達(dá)同一數(shù)值時(shí),儀表指示值之間的大差值,大概說(shuō)是儀表在外界條件穩(wěn)固的環(huán)境下,被測(cè)參數(shù)由小到大變革(正向特性)和被測(cè)參數(shù)由大到小變革(反向特性)不劃一的程度,兩者之差即為儀表變差??煽啃?稱(chēng)重控制儀表可靠性是化工企業(yè)儀表工所尋求的另一緊張性能指標(biāo)??煽啃院蛢x表維護(hù)量是相反相成的,儀表可靠性高闡明儀表維護(hù)量小,反之儀表可靠性差,儀表維護(hù)量就大。對(duì)付化工企業(yè)檢測(cè)與進(jìn)程控制儀表,大部門(mén)安置在工藝管道、種種塔、釜、罐、器上.
2.稱(chēng)重儀表在稱(chēng)重傳感器中的穩(wěn)固性 在劃定事情條件內(nèi),稱(chēng)重儀表某些性能隨時(shí)間連結(jié)穩(wěn)固的本領(lǐng)稱(chēng)為穩(wěn)固性(度)。儀表穩(wěn)固性是化工企業(yè)儀表工非常體貼的一天性能指標(biāo)。由于化工企業(yè)利用儀表的環(huán)境相比擬力惡劣,被測(cè)量的介質(zhì)溫度、壓力變革也相比擬力大,在這種環(huán)境中投入儀表利用,儀表的某些部件隨時(shí)間連結(jié)穩(wěn)固的本領(lǐng)會(huì)低沉,儀表的穩(wěn)固性會(huì)降落。徇或表征儀表穩(wěn)固性尚未有定量值,化工企業(yè)通常用儀表零漂移來(lái)衡量?jī)x表的穩(wěn)固性。稱(chēng)重儀表穩(wěn)固性的優(yōu)劣直接干系到儀表的利用范疇,偶然直接影響化工生產(chǎn),穩(wěn)固性不好造成的影響每每雙儀表精度降落對(duì)化工生產(chǎn)的影響還要大。穩(wěn)固性不好儀表維護(hù)量也大,是儀表工不盼望出現(xiàn)的事情。
3.稱(chēng)重儀表的 敏銳度偶然也稱(chēng)"放大比",也是儀表靜特性貼切線上各點(diǎn)的斜率。增長(zhǎng)放大倍數(shù)可以提高儀表敏銳度,單純加大敏銳度并不變化儀表的基天性能,即稱(chēng)重儀表精度并沒(méi)有提高,相反偶然會(huì)出現(xiàn)振蕩征象,造成輸出不穩(wěn)固。儀表敏銳度應(yīng)連結(jié)恰當(dāng)?shù)牧俊?/p>
對(duì)于大部分客戶(hù)來(lái)講,儀表精度雖然是一個(gè)緊張指標(biāo),但在實(shí)際利用中,每每更強(qiáng)調(diào)儀表的穩(wěn)固性和可靠性,因?yàn)榛て髽I(yè)檢測(cè)與進(jìn)程控制儀表用于計(jì)量的為數(shù)不多,而大量的是用于檢測(cè)。別的,利用在進(jìn)程控制體系中的檢測(cè)儀表其穩(wěn)固性、可靠性比精度更為緊張。
隨著儀表更新?lián)Q代,特別是微電子技能引入稱(chēng)重儀表制造行業(yè),使儀表可告性大大提高。儀表生產(chǎn)廠商對(duì)這天性能指標(biāo)也越來(lái)越珍視,通常用平均無(wú)妨礙時(shí)間MTBF來(lái)形貌儀表的可靠性。一臺(tái)全智能稱(chēng)重變送器的MTBF比一樣平常非智能儀表如電動(dòng)Ⅲ變送器要高10倍左右。稱(chēng)重儀表在使用前要與稱(chēng)重傳感器配套進(jìn)行數(shù)字標(biāo)定。標(biāo)定實(shí)際上就是用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)衡器進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)定后的儀表內(nèi)部保存有相對(duì)于這一組傳感器的標(biāo)定系數(shù)。有了這個(gè)系數(shù)后,儀表才可以把稱(chēng)重傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓繑?shù)字顯示。
傳感器市場(chǎng)報(bào)告顯示,2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元,預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示,東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)快的地區(qū),而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布大的地區(qū)。就世界范圍而言,傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)快的依舊是汽車(chē)市場(chǎng),占第二位的是過(guò)程控制市場(chǎng),看好通訊市場(chǎng)前景。
一些傳感器市場(chǎng)比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場(chǎng)的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場(chǎng)規(guī)模大,分別占到整個(gè)傳感器市場(chǎng)的21%、19%和14%。傳感器市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)來(lái)自于無(wú)線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中,無(wú)線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)25%。
全球的傳感器市場(chǎng)在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。有關(guān)專(zhuān)家指出,傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,各國(guó)將競(jìng)相加速新一代傳感器的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,競(jìng)爭(zhēng)也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng),比如無(wú)線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與*的擴(kuò)大。
另外,稱(chēng)重傳感器的靈敏度、大分度數(shù)、小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)。
傳感器的數(shù)量和量程
傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定)而定。一般來(lái)說(shuō)秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器。
傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的大稱(chēng)量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的大偏載及動(dòng)載因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)決定。下面給出一個(gè)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)公式。
公式如下:
C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)/N
式中 C一單個(gè)傳感器的額定量程
W一秤體自重
Wmax一被稱(chēng)物體凈重的大值
N一秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量
K0一保險(xiǎn)系數(shù),一般取1.2~1.3之間
K1一沖擊系數(shù)
K2一秤體的重心偏移系數(shù)
K3一風(fēng)壓系數(shù)
使用環(huán)境
稱(chēng)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)量的電信號(hào)輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境,這點(diǎn)對(duì)于正確選用傳感器至關(guān)重要,它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。一般情況下,高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料融化、焊點(diǎn)開(kāi)化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題;粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響;在腐蝕性較高的環(huán)境下會(huì)造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象;電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出會(huì)產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重傳感器才能滿(mǎn)足必要的稱(chēng)重要求。
準(zhǔn)確度等級(jí)選擇
稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。
應(yīng)用范圍及用途
譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等;鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等;鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車(chē)衡等;柱式傳感器適用于汽車(chē)衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。稱(chēng)重傳感器主要應(yīng)用在各種電子衡器、工業(yè)控制領(lǐng)域、在線控制、安全過(guò)載報(bào)警、材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。如電子汽車(chē)衡、電子臺(tái)秤、電子叉車(chē)、動(dòng)態(tài)軸重秤、電子吊鉤秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子鋼材秤、電子軌道衡、料斗秤、配料秤、罐裝秤等。
計(jì)重收費(fèi)是車(chē)輛通過(guò)設(shè)置在收費(fèi)站收費(fèi)車(chē)道前端的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重裝置、車(chē)輛分離裝置、車(chē)型識(shí)別裝置時(shí),數(shù)據(jù)采集處理裝置將采集到的相關(guān)信息傳送至車(chē)道收費(fèi)計(jì)算機(jī),對(duì)通行車(chē)輛按軸重或總重的超限情況確定適當(dāng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的通行費(fèi)征收方式。該系統(tǒng)應(yīng)用到稱(chēng)重傳感器,由于稱(chēng)重傳感器的感知使得計(jì)重收費(fèi)變得更加合理。
車(chē)輛駛?cè)胧召M(fèi)車(chē)道,其輪軸依次壓過(guò)鋪設(shè)在車(chē)道路面中的高精度動(dòng)態(tài)軸重儀、輪軸識(shí)別器,控制模塊將信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集處理器,經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的綜合動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理程序,稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器將計(jì)算出每軸軸重、總軸重、總車(chē)重、軸型(單軸、聯(lián)軸)、輪胎類(lèi)型(單雙胎)等信息。安裝在路側(cè)的紅外線車(chē)輛分離變頻傳感器可準(zhǔn)確判別車(chē)輛是否*通過(guò)。當(dāng)車(chē)輛*離開(kāi)紅外線光幕后,稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器將稱(chēng)重結(jié)果、車(chē)型判別結(jié)果等信息傳輸?shù)杰?chē)道收費(fèi)計(jì)算機(jī)。車(chē)道收費(fèi)計(jì)算機(jī)依據(jù)計(jì)重收費(fèi)費(fèi)率對(duì)車(chē)輛實(shí)行計(jì)重收費(fèi),并將車(chē)輛的載重信息和應(yīng)交納的金額顯示在計(jì)重顯示屏上。
新技術(shù)
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺(jué)器官,而單靠人們自身的感覺(jué)器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了,為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器,因此可以說(shuō),傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng),又稱(chēng)之為電五官。
缺點(diǎn)一:輸出阻抗高,負(fù)載能力差
電容式稱(chēng)重傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制不易做得很大,一般為幾十到幾百微法,甚至只有幾個(gè)微法。因此,電容式稱(chēng)重傳感器的輸出阻抗高,因而負(fù)載能力差,易受外界干擾影響產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作。必須采取妥善的屏蔽措施,從而給設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值*,否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能,為此還要特別注意周?chē)沫h(huán)境如溫度、清潔度等。若采用高頻供電,可降低電容式稱(chēng)重傳感器的輸出抗阻,但高頻放大、傳感器遠(yuǎn)比低頻的復(fù)雜,且寄生電容影響大,不易保證工作的穩(wěn)定性。
缺點(diǎn)二:輸出特性非線性
電容式稱(chēng)重傳感器的輸出特性是非線性的,雖采用差分型來(lái)改善,但不可能*消除。其他類(lèi)型的電容傳感器只有忽略了電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí),輸出特性才呈線性。否則邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電容量將于傳感器電容器直接疊加,使輸出特性非線性。
缺點(diǎn)三:寄生電容影響大
電容式稱(chēng)重傳感器的初始電容量小,而連接傳感器和電子線路的引線電容、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)板極與周?chē)鷮?dǎo)體構(gòu)成的電容等所謂寄生電容缺較大,不僅降低了傳感器的靈敏度,而且這些電容常常是隨機(jī)變化的,將使儀器工作很不穩(wěn)定,影響測(cè)量精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有嚴(yán)格的要求。例如,采用屏蔽性好、自身分布電容小的高頻電線作為引線,引線粗而短,要保證儀器的雜散電容小而穩(wěn)定等等,否則不能保證高的測(cè)量精度。
應(yīng)該指出,隨著材料、工藝、電子技術(shù),特別是集成技術(shù)的高速發(fā)展,使電容式稱(chēng)重傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)不斷在克服。電容傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度,在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。
五種誤差
1、特性誤差。是由設(shè)備本身引起的,包括DC漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形。畢竟設(shè)備理想的轉(zhuǎn)移功能特性和真實(shí)特性之間會(huì)存在差距。
2、稱(chēng)重傳感器應(yīng)用誤差。也就是由操作而產(chǎn)生的誤差,包括探針?lè)胖缅e(cuò)誤、探針與測(cè)量地點(diǎn)之間不正確的絕緣、空氣或其他氣體的凈化過(guò)程中的錯(cuò)誤、變送器的錯(cuò)誤放置等多種操作錯(cuò)誤引發(fā)的誤差。
3、動(dòng)態(tài)誤差。適用于靜態(tài)條件的傳感器會(huì)具有較強(qiáng)的阻尼,因此對(duì)輸入?yún)?shù)的改變響應(yīng)較慢,甚至要數(shù)秒才能響應(yīng)溫度的階躍改變。一些具有延遲特性的稱(chēng)重傳感器會(huì)在對(duì)快速改變響應(yīng)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。響應(yīng)時(shí)間、振幅失真和相位失真都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差。
4、插入誤差。是由于系統(tǒng)中插入一個(gè)傳感器時(shí),改變了測(cè)量參數(shù)而產(chǎn)生的誤差。使用了一個(gè)對(duì)系統(tǒng)過(guò)于大的變送器、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性過(guò)于遲緩、系統(tǒng)中自加熱加載了過(guò)多的熱能等,都會(huì)導(dǎo)致插入誤差。
5、環(huán)境誤差。稱(chēng)重傳感器使用也會(huì)受溫度、擺動(dòng)、震動(dòng)、海拔、化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)等環(huán)境影響,這些因素都極易引發(fā)環(huán)境誤差。
1、稱(chēng)重傳感器運(yùn)用差錯(cuò)是操作人員發(fā)生的,這也意味著發(fā)生的緣由許多,例如,溫度不同時(shí)發(fā)生的差錯(cuò),包羅探針?lè)胖眠^(guò)錯(cuò)或探針與測(cè)量地址之間不正確的絕緣,別的一些應(yīng)用差錯(cuò)包羅空氣或其他氣體的凈化過(guò)程中發(fā)生的過(guò)錯(cuò),運(yùn)用差錯(cuò)也觸及變送器的過(guò)錯(cuò)放置,因而正或負(fù)的壓力將對(duì)正確的讀數(shù)形成影響。
2、特性差錯(cuò)為設(shè)備自身固有的,它是設(shè)備的、*的搬運(yùn)功用特性和實(shí)在特性之間的差,這種差錯(cuò)包羅DC漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形。
3、動(dòng)態(tài)差錯(cuò)許多傳感器的特性和校準(zhǔn)都是適用靜態(tài)條件下的,這意味著運(yùn)用的輸入?yún)?shù)是靜態(tài)或類(lèi)似于靜態(tài)的,許多傳感器具有較強(qiáng)阻尼,因而它們不會(huì)對(duì)輸入?yún)?shù)的改動(dòng)進(jìn)行疾速呼應(yīng),如,熱敏電阻需求數(shù)秒才干呼應(yīng)溫度的階躍改動(dòng)。
4、熱敏電阻不會(huì)當(dāng)即跳躍至新的阻抗,或發(fā)生驟變,相反,它是慢慢地改動(dòng)為新的值,然后,若是具有推遲特性的稱(chēng)重傳感器對(duì)溫度的疾速改動(dòng)進(jìn)行呼應(yīng),輸出的波形將失真,由于其間包含了動(dòng)態(tài)差錯(cuò)。發(fā)生動(dòng)態(tài)差錯(cuò)的要素有呼應(yīng)工夫、振幅失真和相位失真。
5、插入差錯(cuò)是當(dāng)體系中刺進(jìn)一個(gè)傳感器時(shí),由于改動(dòng)了測(cè)量參數(shù)而發(fā)生的差錯(cuò),普通是在進(jìn)行電子丈量時(shí)會(huì)呈現(xiàn)這樣的問(wèn)題,但是在其他方法的測(cè)量中也會(huì)呈現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題,例如一個(gè)伏特計(jì)在回路中測(cè)量電壓,它肯定會(huì)有一個(gè)固有阻抗,比回路阻抗要大許多,或許呈現(xiàn)回路負(fù)荷,這時(shí),讀數(shù)就會(huì)有很大的差錯(cuò),這種類(lèi)型的差錯(cuò)發(fā)生的緣由是運(yùn)用了一個(gè)對(duì)體系(如,壓力體系)而言過(guò)于大的變送器;或許是體系的動(dòng)態(tài)特性過(guò)于緩慢,或許是體系中自加熱加載了過(guò)多的熱能。
6、環(huán)境差錯(cuò)來(lái)源于傳感器運(yùn)用的環(huán)境,稱(chēng)重傳感器要素包羅溫度,或是搖擺、轟動(dòng)、海拔、化學(xué)物質(zhì)蒸發(fā)或其他要素,這些常常影響傳感器的特性,所以在實(shí)踐運(yùn)用中,這些要素總是被分類(lèi)會(huì)集在一起的。
負(fù)荷傳感器是稱(chēng)重傳感器、測(cè)力傳感器的統(tǒng)稱(chēng),用單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)它的計(jì)量特性。
電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上,彈性元件受力變形時(shí),其上的應(yīng)變片隨之變形,并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)量范圍為幾十克至數(shù)百?lài)?,?jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000~1/10000,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,可靠性較好。大部分電子衡器都使用這種傳感器。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體彈性元件,敏感梁在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)換元件也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化增大或減小,再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)電壓或電流,從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。在測(cè)量過(guò)程中,重量加載到稱(chēng)重傳感器的彈性體上會(huì)引起塑性變形。電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器的工作過(guò)程應(yīng)變正向和負(fù)向通過(guò)安裝在彈性體上的應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。簡(jiǎn)單的彎曲梁稱(chēng)重傳感器只有一個(gè)應(yīng)變片。通常,彈性體和應(yīng)變片通過(guò)多種方式來(lái)結(jié)合,類(lèi)似外殼密封部件等來(lái)保護(hù)應(yīng)變片。
稱(chēng)重傳感器在選用時(shí)要考慮到很多因素,實(shí)際的使用當(dāng)中我們主要從下列幾個(gè)因素考慮。稱(chēng)重傳感器的量程根據(jù)你的用途,稱(chēng)重傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的大稱(chēng)量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的大偏載及動(dòng)載因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)決定。一般來(lái)講,傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷,其稱(chēng)量的準(zhǔn)確度就越高。但是在實(shí)際的使用當(dāng)中,由于加在傳感器上的載荷除被稱(chēng)物體外,還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷,因此選用傳感器時(shí),要考慮諸多方面的因素,保證傳感器的安全和壽命。其次稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時(shí)候不應(yīng)該盲目追求高等級(jí)的傳感器,應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級(jí)和成本。一般情況下,選用傳感器的總精度為非線性、不重復(fù)性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。稱(chēng)重傳感器形式的選擇主要取決于稱(chēng)重的類(lèi)型和安裝空間,保證安裝合適,稱(chēng)重安全可靠;另一方面要考慮廠家的建議。對(duì)于傳感器制造廠家來(lái)講,它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等。
1、什么是稱(chēng)重傳感器?
稱(chēng)重傳感器是用來(lái)將重量信號(hào)或壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。
2、稱(chēng)重傳感器的測(cè)量原理是什么?
稱(chēng)重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測(cè)量橋路,利用金屬電阻絲在張力作用下伸長(zhǎng)變細(xì),電阻增加的原理,即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的(應(yīng)變,就是尺寸的變化)。
3、稱(chēng)重傳感器的構(gòu)造原理?
金屬電阻具有阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì),即具有電阻(Ω),其阻值依金屬的種類(lèi)而異。同一種金屬絲,一般來(lái)講,越是細(xì)長(zhǎng),其電阻值就越大。當(dāng)金屬電阻絲受外力作用而伸縮時(shí),其電阻值就會(huì)在某一范圍內(nèi)增減。因此,將金屬絲(或膜)緊貼在被測(cè)物體上,而且這種絲或膜又很細(xì)或很薄,粘貼又十分完善,那麼,當(dāng)被測(cè)物體受外力而伸縮時(shí),金屬電阻絲(膜)也會(huì)按比例伸縮,其阻值也會(huì)相應(yīng)變化。稱(chēng)重傳感器就是將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在金屬稱(chēng)重梁上進(jìn)行測(cè)量重量信號(hào)的。
4、稱(chēng)重傳感器的外形構(gòu)造與測(cè)重形式?
稱(chēng)重傳感器的外形構(gòu)造隨被測(cè)對(duì)象的不同,其外形構(gòu)造也會(huì)不同。
A、比較常見(jiàn)的稱(chēng)重傳感器的外形構(gòu)造:
圓柱形(杯柱形);S形;長(zhǎng)方形等。
B、測(cè)重形式:
壓縮式;伸張式。
圓柱形(杯柱形)一般均為壓縮式測(cè)重形式。
S形,長(zhǎng)方形均為壓縮式,伸張式兩用測(cè)重形式。
C、內(nèi)部金屬稱(chēng)重梁形式:
一般分為單孔或雙孔形式。
D、鶴林公司使用的稱(chēng)重傳感器的外形構(gòu)造與測(cè)重形式:
圓柱形——稱(chēng)重倉(cāng)(壓縮式),原料粉煤灰秤(壓縮式)。
S形——皮帶秤(壓縮式),包裝機(jī)袋重秤(伸張式)。
長(zhǎng)方形——汽車(chē)衡(壓縮式),軌道衡(壓縮式),煤粉天平秤(伸張式),固體流量計(jì)(壓縮式)。
5、稱(chēng)重傳感器的電路組成?
稱(chēng)重傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí),我們需要知道的是應(yīng)變片受應(yīng)變時(shí)的電阻變化。通??偸遣捎脩?yīng)變片組成橋式電路(惠斯登電橋),將應(yīng)變片引起的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。
設(shè):電橋的輸入激勵(lì)電壓為Ei, ①
則電橋的輸出電壓△E0為:
R1 R2
△E0=Ei×[(R1R3-R2R4)/(R1+R2)(R3+R4)]
輸入激勵(lì)電壓 ③ 輸出電壓
令電橋的初始條件為
R1=R2=R3=R4, ④
則△E0=0。
設(shè)電阻值R1的應(yīng)變片受應(yīng)變作用 R3 R4
后的電阻變化為R+△R,則電橋的輸 ②
出電壓△E0為:
△E0=Ei[△R/(4R+2△R)]≌(△R/4R)Ei (R>>△R)
由于△R=R×K0×ε,所以
△E0=(Ei×K0×ε)/4
例如,設(shè)K0=2,ε=1000×0.000001, Ei=1V
則: △E0=(1×2×1000×0.000001)/4=0.5mV
式中 K0=系數(shù)(一般為2)
ε=應(yīng)變系數(shù)(一般為500×0.000001~2000×0.000001;相當(dāng)于10~40Kgf/mm2。)
Ei=輸入的激勵(lì)電壓
為了增加電橋的視在輸出,大多都將電橋設(shè)計(jì)成4枚應(yīng)變片都受力作用的形式(4個(gè)工作片)。
此時(shí) △E0=0.5mV×4=2 mV
6、傳感器的輸出靈敏度的表示方法?
電橋的輸出電壓通常用輸入激勵(lì)電壓為1V時(shí)的輸出電壓(mV/V)來(lái)表示。通常稱(chēng)傳感器的輸出靈敏度。
7、為什么傳感器內(nèi)部要加補(bǔ)償電路?
稱(chēng)重傳感器在制造過(guò)程中,為了改善它的性能,特別是改善溫度特性,一般要在應(yīng)變片電路中附加對(duì)零點(diǎn)和靈敏度的溫度補(bǔ)償。即除了應(yīng)變片外,其中還增加了各種補(bǔ)償電阻。
零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)哪康氖潜M量減小電橋零點(diǎn)隨溫度的變化,因此,出應(yīng)變片本身的溫度自補(bǔ)償外,又加入了電阻溫度系數(shù)和電橋中應(yīng)變片的溫度系數(shù)不同的電阻元件(如銅電阻或鎳電阻等),以加強(qiáng)補(bǔ)償作用。
靈敏度補(bǔ)償?shù)哪康氖菧p小輸出電壓隨溫度的變化,即補(bǔ)償彈性體的彈性系數(shù)和應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)隨溫度的變化。因此,對(duì)電橋中串接了兩個(gè)與電橋溫度補(bǔ)償作用相同的電阻。同時(shí)電路中的其它電阻用于將電橋的初始平衡,額定輸出和輸入電阻等參數(shù)調(diào)整到規(guī)定的數(shù)值。
8、稱(chēng)重傳感器的參數(shù)指標(biāo)(中英文對(duì)照)
Model: STC-100Kg (型號(hào)規(guī)格)
Cap: 100Kg (量程范圍)
Date: 2005/01/14 (生產(chǎn)日期)
S/N: X02274 (出廠編號(hào))
FSO: 2.9981 mV/V (靈敏度)
Recommended Excitation: 10V AC/DC (推薦激勵(lì)電壓)
Maximum Excitation: 15V AC/DC (大激勵(lì)電壓)
Output at Rated Load: 2.9981 mV/V (額定負(fù)荷輸出)
Non Linearity: <0.020% (非線性)
Hysteresis: <0.020% (滯后)
Creep(30 minutes): 0.029% (30分鐘蠕動(dòng))
Non Repeatability: <0.01% (非重復(fù)性)
Zero Retum(30 minutes): 0.030% (30分鐘零點(diǎn)漂移)
Temp. Effect/℃ on Span: <0.0015% (溫度變化1℃對(duì)量程的影響)
Temp. Effect/℃ on Zero: <0.0026% (溫度變化1℃對(duì)零點(diǎn)的影響)
Compensated Temp.Range: -10 to 40℃ (溫度補(bǔ)償范圍)
Operating Temp.Range: -20 to 60℃ (工作溫度范圍)
Zero Balance: ±1% (零點(diǎn)平衡)
Input Resistance: 380±5Ω (輸入阻抗)
Output Resistance: 350±3Ω (輸出阻抗)
Insulation Resistance(50VDC): >5000MΩ (絕緣電阻)
Deflecion at Rated Load: Nil (零) (額定負(fù)荷下的傾斜度)
Safe Overload: 150% (允許超載)
Ultimate Overload: 300% (終超載)
9、稱(chēng)重傳感器引線功能的具體判斷方法
由于不同生產(chǎn)廠家的傳感器引線的顏色不同,所以不能以具體顏色來(lái)判斷引線功能。
新技術(shù)革命的到來(lái),世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,要用各種稱(chēng)重傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù),使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或佳狀態(tài),并使產(chǎn)品達(dá)到好的質(zhì)量。因此可以說(shuō),沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器,現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,傳感器更具有突出的地位,現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)入了許多新領(lǐng)域:例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,微觀上要觀察小到 cm的粒子世界,縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化,短到 s的瞬間反應(yīng),此外,還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種*技術(shù)研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。
顯然,要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息,沒(méi)有相適應(yīng)的稱(chēng)重傳感器是不可能的,許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難,而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn),往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破,一些傳感器的發(fā)展,往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的*。
稱(chēng)重傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域,可以毫不夸張地說(shuō),從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng),幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目,都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。
中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段,它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的總趨勢(shì)。傳感器技術(shù)歷經(jīng)了多年的發(fā)展,其技術(shù)的發(fā)展大體可分三代:
代是結(jié)構(gòu)型傳感器,它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。
第二代是上70年代發(fā)展起來(lái)的固體型傳感器,這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成,是利用材料某些特性制成。如:利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng),分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器。
第三代傳感器是以后剛剛發(fā)展起來(lái)的智能型傳感器,是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,使傳感器具有一定的人工智能。
資料顯示,目前我國(guó)傳感器產(chǎn)品約6000種左右,而國(guó)外已達(dá)20000多個(gè),遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。中傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%,傳感器芯片進(jìn)口更 是達(dá)90%,國(guó)產(chǎn)化缺口巨大。其中數(shù)字化、智能化、微型化等*產(chǎn)品嚴(yán)重短缺。國(guó)家重大裝備所需產(chǎn)品主要依賴(lài)進(jìn)口。而涉及國(guó)家安全和重大工程所需 的傳感器及智能化儀器儀表,國(guó)外對(duì)我國(guó)往往采取限制。
傳感器技術(shù)產(chǎn)業(yè)滲透性強(qiáng),其發(fā)展滯后局 面已經(jīng)對(duì)我國(guó)新興產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)形成制約。由于我國(guó)傳感器技術(shù)總體實(shí)力仍處于弱勢(shì),短時(shí)間內(nèi)尋求全面突破恐不現(xiàn)實(shí)。因此,發(fā)展傳感器技術(shù)應(yīng)首先爭(zhēng)取在局部形成 突破,掌握一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),通過(guò)這些關(guān)鍵性領(lǐng)域突破的輻射帶動(dòng)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。 事實(shí)上,我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)在某些領(lǐng)域已形成優(yōu)勢(shì)。先施科技、遠(yuǎn)望谷等企業(yè)在超高射頻RFID產(chǎn)品領(lǐng)域占據(jù)國(guó)內(nèi)90%的*。根據(jù)湘財(cái)證券研究報(bào)告,漢威電子氣體傳感器國(guó)內(nèi)*也高達(dá)60%,氣體檢測(cè)儀器儀表*達(dá)9%。
在眾多應(yīng)用領(lǐng)域,傳感器雖然是*的關(guān)鍵器件,但它只能依附于大的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)而存在,在很多領(lǐng)域往往還需要量身定做,不少單個(gè)領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模并不大,因此企業(yè)不應(yīng)一味追求規(guī)模。
隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大,稱(chēng)重傳感器的廠家也慢慢變得多了起來(lái),如何在市場(chǎng)上能做的更好,不難分析得出,只有在不斷的提高傳感器的技術(shù)和服務(wù)才能走在市場(chǎng)頂端。隨著新技術(shù)革命的來(lái)到,中國(guó)乃至全球都開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)全新的信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器才是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)以及自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,需要用到各種稱(chēng)重傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù),稱(chēng)重傳感器的功能是使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或佳狀態(tài),并使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品達(dá)到好的質(zhì)量??梢哉f(shuō),沒(méi)有眾多的優(yōu)良的稱(chēng)重傳感器,現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。如此看來(lái),稱(chēng)重傳感器將在這個(gè)智能化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)中是會(huì)有美好的發(fā)展前途。
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