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稱重傳感器

發布時間:2016-10-10 瀏覽次數:678

             

       

         稱重傳感器的定義:能感受規定的被測量物,并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。
稱重傳感器的分類:稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類。以電阻應變式稱重傳感器使用最為廣泛,稱量范圍為300g至數千kg,計量準確度達1/1000~1/10000,結構較簡單,可靠性較好,大部分電子衡器均使用此類型傳感器。
各類型傳感器的使用范圍:稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間,保證安裝合適,稱重安全可靠;另一方面要考慮廠家的建議。對于傳感器制造廠家來講,它一般規定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計價秤、平臺秤、案秤等;鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等;鋼質橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡等;柱式傳感器適用于汽車衡、動態軌道衡、大噸位料斗秤等。
汽車衡稱重傳感器:汽車稱重傳感器為電阻應變式稱重傳感器,有鋼質橋式傳感器、柱式傳感器、鋼式懸臂梁傳感器等。
稱重傳感器基礎知識與常用術語:
1.傳感器:能感受規定的被測量物,并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常有敏感元件和轉換元件組成。 ①敏感元件是指傳感器中能直接(或響應)被測量的部分。 ② 轉換元件指傳感器中能將敏感元件感受(或響應)的被側量部分轉換成與傳輸和(或)測量的電信號部分。 ③當輸出為規定的標準信號時,則稱為變送器。
2.測量范圍:在允許誤差限內被測量值的范圍。
3.量程:測量范圍上限值和下限值的代數差。
4.精確度:被測量的測量結果與真值間的一致程度。
5.從復性:在所有下述條件下,對同一被測的量進行多次連續測量所得結果之間的符合程度:
6.分辨力:傳感器在規定測量范圍圓可能檢測出的被測量的最小變化量。
7.閾值:能使傳感器輸出端產生可測變化量的被測量的最小變化量。
8.零位:使輸出的絕對值為最小的狀態,例如平衡狀態。
9.激勵:為使傳感器正常工作而施加的外部能量(電壓或電流)。
10.最大激勵:在市內條件下,能夠施加到傳感器上的激勵電壓或電流的最大值。
11.輸入阻抗:在輸出端短路時,傳感器輸入的端測得的阻抗。
12.輸出:有傳感器產生的與外加被測量成函數關系的電量。
13.輸出阻抗:在輸入端短路時,傳感器輸出端測得的阻抗。
14.零點輸出:在市內條件下,所加被測量為零時傳感器的輸出。
15.滯后:在規定的范圍內,當被測量值增加和減少時,輸出中出現的最大差值。
16.遲后:輸出信號變化相對于輸入信號變化的時間延遲。
17.漂移:在一定的時間間隔內,傳感器輸出終于被測量無關的不需要的變化量。
18.零點漂移:在規定的時間間隔及室內條件下零點輸出時的變化。
19.靈敏度:傳感器輸出量的增量與相應的輸入量增量之比。
20.靈敏度漂移:由于靈敏度的變化而引起的校準曲線斜率的變化。
21.熱靈敏度漂移:由于靈敏度的變化而引起的靈敏度漂移。
22.熱零點漂移:由于周圍溫度變化而引起的零點漂移。
23.線性度:校準曲線與某一規定只限一致的程度。
24.菲線性度:校準曲線與某一規定直線偏離的程度。
25.長期穩定性:傳感器在規定的時間內仍能保持不超過允許誤差的能力。
26.固有憑率:在無阻力時,傳感器的自由(不加外力)振蕩憑率。
27.響應:輸出時被測量變化的特性。
28.補償溫度范圍:使傳感器保持量程和規定極限內的零平衡所補償的溫度范圍。
29.蠕變:當被測量機器多有環境條件保持恒定時,在規定時間內輸出量的變化。
30.絕緣電阻:如無其他規定,指在室溫條件下施加規定的直流電壓時,從傳感器規定絕緣部分之間測得的電阻值。                                                                                           

稱重傳感器綜合概述
稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變為可測量電信號的輸出裝置。用傳感器應先要考慮傳感器所處的實際工作環境,這點對正確選用稱重傳感器至關重要,它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個衡器的可靠性和安全性。在稱重傳感器主要技術指標的基本概念和評價方法上,新舊國標有質的差異。
傳統概念上,負荷傳感器是稱重傳感器、測力傳感器的統稱,用單項參數評價它的計量特性。舊國標將應用對象和使用環境條件完全不同的“稱重”和“測力”兩種傳感器合二為一來考慮,對試驗和評價方法未給予區分。舊國標共有21項指標,均在常溫下進行試驗;并用非線性、滯后誤差、重復性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項指標中的最大誤差,來確定稱重傳感器準確度等級,分別用0.02、0.03、0.05......1.0表示。
衡器上使用的一種傳感器。“iPad代孕//www.wenxuemi.cn/一代”需“手腦兼修”它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉換成可計量的輸出信號??悸塹講煌褂玫氐愕鬧亓鈾俁群涂掌×Χ宰壞撓跋?,稱重傳感器的性能指標主要有線性誤差、滯后誤差、重復性誤差、蠕變、零點溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質量計量系統中,通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準確度,并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯系起來,以便選用對應于某一準確度衡器的稱重傳感器。國際法制計量組織(OIML)規定,傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70%,稱重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規定溫度范圍內由于溫度對靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過誤差帶δ。這就允許制造廠對構成計量總誤差的各個分量進行調整,從而獲得期望的準確度。
                                                                                        
一、稱重傳感器的分類:
稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類,以電阻應變式稱重傳感器使用最為廣泛。
光電式傳感器 包括光柵式和碼盤式兩種。
光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉換成光電信號。光柵有兩塊,一為固定光柵,另一為裝在表盤軸上的移動光柵。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿系統使表盤軸旋轉,帶動移動光柵轉動,使莫爾條紋也隨之移動。利用光電管、轉換電路和顯示儀表,即可計算出移過的莫爾條紋數量,測出光柵轉動角的大小,從而確定和讀出被測物質量。
碼盤式傳感器的碼盤(符號板)是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃,上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿使表盤軸旋轉時,碼盤也隨之轉過一定角度。光電池將透過碼盤接受光信號并轉換成電信號,然后由電路進行數字處理,最后在顯示器上顯示出代表被測質量的數字。光電式傳感器曾主要用在機電結合秤上。
液壓式傳感器  在受被測物重力P作用時,液壓油的壓力增大,增大的程度與P成正比。測出壓力的增大值,即可確定被測物的質量。液壓式傳感器結構簡單而牢固,測量范圍大,但準確度一般不超過1/100。
電磁力式傳感器 它利用承重臺上的負荷與電磁力相平衡的原理工作。當承重臺上放有被測物時,杠桿的一端向上傾斜;光電件檢測出傾斜度信號,經放大后流入線圈,產生電磁力,使杠桿恢復至平衡狀態。對產生電磁平衡力的電流進行數字轉換,即可確定被測物質量。電磁力式傳感器準確度高,可達1/2000~1/60000,但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。
電容式傳感器 它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關系工作。極板有兩塊,一塊固定不動,另一塊可移動。在承重臺加載被測物時,板簧撓曲,兩極板之間的距離發生變化,電路的振蕩頻率也隨之變化。測出頻率的變化即可求出承重臺上被測物的質量。電容式傳感器耗電量少,造價低,準確度為1/200~1/500。
磁極變形式傳感器  鐵磁元件在被測物重力作用下發生機械變形時,內部產生應力并引起導磁率變化,使繞在鐵磁元件(磁極)兩側的次級線圈的感應電壓也隨之變化。測量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,進而確定被測物的質量。磁極變形式傳感器的準確度不高,一般為1/100,適用于大噸位稱量工作,稱量范圍為幾十至幾萬千克。
振動式傳感器  彈性元件受力后,其固有振動頻率與作用力的平方根成正比。測出固有頻率的變化,即可求出被測物作用在彈性元件上的力,進而求出其質量。振動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。當承重臺上加有被測物時,V形弦絲的交點被拉向下,且左弦的拉力增大,右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差,即可求出被測物的質量。振弦式傳感器的準確度較高,可達1/1000~1/10000,稱量范圍為100克至幾百千克,但結構復雜,加工難度大,造價高。
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,并可測出振蕩頻率。當承重臺上加有被測物時,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。測出固有頻率的變化,即可求出重物施加于音叉上的力,進而求出重物質量。音叉式傳感器耗電量小,計量準確度高達1/10000~1/200000,稱量范圍為500g~10kg。
陀螺儀式傳感器  轉子裝在內框架中,以角速度ω繞X軸穩定旋轉。內框架經軸承與外框架聯接,并可繞水平軸 Y 傾斜轉動。外框架經萬向聯軸節與機座聯接,并可繞垂直軸Z 旋轉。轉子軸 (X軸)在未受外力作用時保持水平狀態。轉子軸的一端在受到外力(P/2)作用時,產生傾斜而繞垂直軸Z 轉動(進動)。進動角速度ω與外力P/2成正比,通過檢測頻率的方法測出ω,即可求出外力大小,進而求出產生此外力的被測物的質量。
陀螺儀式傳感器響應時間快(5秒),無滯后現象,溫度特性好(3ppm), 振動影響小, 頻率測量準確精度高,故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計量準確度(1/30000~1/60000)。
1.1電阻應變式傳感器 
利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應變片貼在彈性元件上,彈性元件受力變形時,其上的應變片隨之變形,并導致電阻改變。測量電路測出應變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號輸出。電信號經處理后以數字形式顯示出被測物的質量。
1.2電阻應變式傳感器的稱量范圍
電阻應變式傳感器的稱量范圍為300g至數千kg,計量準確度達1/1000~1/10000,結構較簡單,可靠性較好。大部分電子衡器均使用此傳感器。
1.3電阻應變式稱重傳感器原理
電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應變片(轉換元件)也隨同產生變形,電阻應變片變形后,它的阻值將發生變化(增大或減?。?,再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。
由此可見,電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中不可缺少的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述?!?BR>1.3.1電阻應變片
電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上,即成為一片應變片。他的一個重要參數是靈敏系數K。我們來介紹一下它的意義。
設有一個金屬電阻絲,其長度為L,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是μ。當這根電阻絲未受外力作用時,它的電阻值為R:
R = ρL/S(Ω) (2—1) 
當他的兩端受F力作用時,將會伸長,也就是說產生變形。設其伸長ΔL,其橫截面積則縮小,即它的截面圓半徑減少Δr。此外,還可用實驗證明,此金屬電阻絲在變形后,電阻率也會有所改變,記作Δρ。
對式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長后,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)
從材料力學我們知道
Δr/r = -μΔL/L (2—5)
其中,負號表示伸長時,半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數。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))說明了電阻應變片的電阻變化率(電阻相對變化)和電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關系?!?BR>需要說明的是:靈敏度系數K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數,它和應變片的形狀、尺寸大小無關,不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間;其次K值是一個無因次量,即它沒有量綱。
在材料力學中ΔL/L稱作為應變,記作ε,用它來表示彈性往往顯得太大,很不方便
常常把它的百萬分之一作為單位,記作με。這樣,式(2--6)常寫作:
ΔR/R = Kε (2—8) 
1.3.2彈性體 
彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個,首先是它承受稱重傳感器所受的外力,對外力產生反作用力,達到相對靜平衡;其次,它要產生一個高品質的應變?。ㄇ?,使粘貼在此區的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。
以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例,來介紹一下其中的應力分布。
設有一帶有肓孔的長方體懸臂梁?!?BR>肓孔底部中心是承受純剪應力,但其上、下部分將會出現拉伸和壓縮應力。主應力方向一為拉神,一為壓縮,若把應變片貼在這里,則應變片上半部將受拉伸而阻值增加,而應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的應變表達式,而不再推導。
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--揚氏模量:μ—泊松系數;B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說明的是,上面分析的應力狀態均是“局部”情況,而應變片實際感受的是“平均”狀態。
1.3.3檢測電路 
檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。轉到代孕 //yiniao.org.cn/因為惠斯登電橋具有很多優點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側向力干擾,可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得, , , , 到了廣泛的應用。
因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高,各臂參數一致,各種干擾的影響容易相互抵銷,所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
                                                                                        
二、稱重傳感器的選擇:
    TR 系列(GEFRAN)稱重傳感器用于測量在機械引導滾筒上的上經常用來纏繞用的張力塑料膜或膠帶的張力。它可以安裝在機械底盤上的固定和傳送軸上,它對末端軸所起到的作用是一個壓力敏感元件和負載的功能。它可以用于固定和旋轉兩種軸上。TR 系列傳感器可與固定的,4 M6 螺紋或中心螺紋是與M10或M12 的適配法蘭一起供貨。
主要特征:
� 測量范圍為從 100N 到 2KN
� 精度等級:0.5%
� 抗腐蝕
� 內部形成的校準信號
� 最小靈敏度軸線方向是從固定孔開始的35 度。
� ?;さ燃叮篒P65(DIN40050)
� 形成過載?;?BR>TC 系列負載單元是張力測量傳感器,它常用于靜態測量和動態測量,壓縮形式,具有較好的精度。它的機械部分是由一整塊的金屬部分組成,所以這個基本的測量元件和它的外殼部分沒有焊接過程,從而使尺寸更小,并且加強了?;さ燃?,這種點部測量的結構,具有8 個張力測量,減少因負載的不完善的應用帶來的誤差。并聯的稱重元件的典型應用是:貯藏箱、加料斗、大的稱重平臺。不銹鋼結構適合于石油化學和化學工業中攻擊性環境的應用。
主要特征:
� 測量范圍為從 100 到 20.000Kg
�     精度等級:0.2%
� 全部不銹鋼結構
� 抗腐蝕
� 內部形成的校準信號
� ?;さ燃叮篒P68(DIN40050)
TU 系列負載單元是張力測量傳感器,它常用于靜態測量和動態測量,壓縮形式,具有較好的精度。所有變送器的每個負載單元質塊(Kg)經過校準。TU 系列準負載從50Kg 到1 噸的均可供貨。這種型號具有IP67 的?;さ燃?,所以它可以用來使用到一些具有危險的化學工業中,它的機械部分是由一整塊的金屬部分組成,所以沒有焊接過程。這意味著它可以高度防止機械沖擊和振動。這種致密的尺寸意味著這些單元可以使它放置在難于進入和空間較小的位置。
主要特征:
� 測量范圍為從 50 到 1000Kg
� 精度等級:0.2%
� 全部不銹鋼結構
� 抗腐蝕
� ?;さ燃叮篒P67(DIN40050)
� 壓縮尺寸
                                                                                        
三、稱重系統中稱重傳感器的選擇
    稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素,實際的使用當中我們主要從下列幾個因素考慮。另外,稱重傳感器的靈敏度、最大分度數、最小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標。
(1)傳感器的數量和量程
傳感器數量的選擇是根據電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(支撐點數應根據秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定)而定。一般來說秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器。
傳感器的量程選擇可依據秤的最大稱量值、選用傳感器的個數、秤體自重、可產生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。一般來講,傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷,其稱量的準確度就越高。但是在實際的使用當中,由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外,還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷,因此選用傳感器時,要考慮諸多方面的因素,保證傳感器的安全和壽命。下面給出一個經過大量實驗驗證的經驗公式。
公式如下:
C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)/N
式中  C一單個傳感器的額定量程
W一秤體自重
Wmax一被稱物體凈重的最大值
N一秤體所采用支撐點的數量
K0一保險系數,一般取1.2~1.3之間
K1一沖擊系數
K2一秤體的重心偏移系數
K3一風壓系數
(2)傳感器的準確度等級選擇
稱重傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復性、滯后、靈敏度等技術指標。在選用的時候不應該盲目追求高等級的傳感器,應該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下,選用傳感器的總精度為非線性、不重復性和滯后三項指標的之和的均方根值略高于秤的精度。
(3)各種類型傳感器的使用范圍
稱重傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間,保證安裝合適,稱重安全可靠;另一方面要考慮廠家的建議。對于傳感器制造廠家來講,它一般規定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計價秤、平臺秤、案秤等;鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等;鋼質橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡等;柱式傳感器適用于汽車衡、動態軌道衡、大噸位料斗秤等。
(4)使用環境
稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉換成可測量的電信號輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環境,這點對于正確選用傳感器至關重要,它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個衡器的可靠性和安全性。一般情況下,高溫環境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內應力發生結構變化等問題;粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響;在腐蝕性較高的環境下會造成傳感器彈性體受損或產生短路現象;電磁場對傳感器輸出會產生干擾。相應的環境因素下我們必須選擇對應的稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求。

四、柯力系列高精度橋式稱重傳感器:
柯力傳感器是中國衡器市場主導產品,也是衡器行業唯一獲得國優稱號的產品,在全國同類產品中市場占有率最高。使用微機控制的熱處理窯爐,其工藝控制數據準確,內部組織一致性及溫度性能一致性都非常高。這樣,稱重傳感器在-40~﹢70℃的溫度范圍內都能保證很高的準確度和極強的互換性。其疲勞壽命通過測試中心150萬次的試驗后,仍能保持原技術指標水平。橋式稱重傳感器采用鋼球傳力結構,受力在傳感器彈性體中心上下壓頭為RS125球面,中間為3英寸鋼球聯接,具有良好的自動恢復力矩,在任何情況下保證垂直方向受力,穩定性及重復性較高,可使秤體在最短時間穩定下來,抗沖擊及抗側向力性能良好,安裝調試方便,不需固定力矩緊固,防護等級為IP68。

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