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簡述:稱重傳感器是電子地磅或汽車衡稱重的核心部件,地磅或汽車衡稱重傳感器一般為電阻應(yīng)變式稱重傳感器,有鋼質(zhì)橋式傳感器
稱重傳感器的定義:能感受規(guī)定的被測量物,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換方法分為光電式
、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類。以電阻應(yīng)變式稱重傳感器使用最為廣泛,稱量范圍為300g至數(shù)千kg,計量準確度達1/1000~1/10000,結(jié)構(gòu)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(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。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、分選秤等稱重傳感器基礎(chǔ)知識與常用術(shù)語:
1.傳感器:能感受規(guī)定的被測量物,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置
2.測量范圍:在允許誤差限內(nèi)被測量值的范圍
3.量程:測量范圍上限值和下限值的代數(shù)差
4.精確度:被測量的測量結(jié)果與真值間的一致程度。
5.從復(fù)性:在所有下述條件下
6.分辨力:傳感器在規(guī)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(chǎn)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(tài)
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(nèi)條件下
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(chǎn)生的與外加被測量成函數(shù)關(guān)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(nèi)條件下
,所加被測量為零時傳感器的輸出。15.滯后:在規(guī)定的范圍內(nèi)
,當(dāng)被測量值增加和減少時,輸出中出現(xiàn)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(nèi)
18.零點漂移:在規(guī)定的時間間隔及室內(nèi)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(yīng)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(guī)定只限一致的程度。
24.菲線性度:校準曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度
25.長期穩(wěn)定性:傳感器在規(guī)定的時間內(nèi)仍能保持不超過允許誤差的能力
26.固有憑率:在無阻力時
27.響應(yīng):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(guī)定極限內(nèi)的零平衡所補償?shù)臏囟确秶?nbsp;
29.蠕變:當(dāng)被測量機器多有環(huán)境條件保持恒定時
30.絕緣電阻:如無其他規(guī)定
稱重傳感器綜合概述
稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量電信號的輸出裝置
傳統(tǒng)概念上,負荷傳感器是稱重傳感器
衡器上使用的一種傳感器
一
稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式
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(zhuǎn)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(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn),帶動移動光柵轉(zhuǎn)動,使莫爾條紋也隨之移動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
液壓式傳感器 在受被測物重力P作用時
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
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(guān)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(fā)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(zhì)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(fā)生機械變形時
,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)的次級線圈的感應(yīng)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(zhì)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振弦式傳感器的彈性元件是弦絲
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(dāng)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(zhì)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(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。外框架經(jīng)萬向聯(lián)軸節(jié)與機座聯(lián)接,并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時,產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)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,即可求出外力大小陀螺儀式傳感器響應(yīng)時間快(5秒)
1.1電阻應(yīng)變式傳感器
利用電阻應(yīng)變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作
1.2電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍
電阻應(yīng)變式傳感器的稱量范圍為300g至數(shù)千kg,計量準確度達1/1000~1/10000
,結(jié)構(gòu)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(yīng)變式稱重傳感器原理
電阻應(yīng)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(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)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)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(yīng)變片
、彈性體和檢測電路是電阻應(yīng)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?div id="d48novz" class="flower left">1.3.1電阻應(yīng)變片
電阻應(yīng)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
設(shè)有一個金屬電阻絲,其長度為L
R = ρL/S(Ω) (2—1)
當(dāng)他的兩端受F力作用時
對式(2--1)求全微分,即求出電阻絲伸長后
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
ΔS/S = 2Δr/r (2—4)
從材料力學(xué)我們知道
Δr/r = -μΔL/L (2—5)
其中,負號表示伸長時
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(yīng)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(guān)系
需要說明的是: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)決定的一個常數(shù),它和應(yīng)變片的形狀
在材料力學(xué)中ΔL/L稱作為應(yīng)變,記作ε
常常把它的百萬分之一作為單位,記作με
ΔR/R = Kε (2—8)
1.3.2彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。它的功能有兩個
以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例
設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁
肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力,但其上
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(shù);B
需要說明的是
1.3.3檢測電路
檢測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?div id="m50uktp" class="box-center"> 。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點,如可以抑制溫度變化的影響
因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高
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(dǎo)滾筒上的上經(jīng)常用來纏繞用的張力塑料膜或膠帶的張力
主要特征:
? 測量范圍為從 100N 到 2KN
? 精度等級:0.5%
? 抗腐蝕
? 內(nèi)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
? 保護等級:IP65(DIN40050)
? 形成過載保護
TC 系列負載單元是張力測量傳感器
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(jié)構(gòu)
? 抗腐蝕
? 內(nèi)部形成的校準信號
? 保護等級:IP68(DIN40050)
TU 系列負載單元是張力測量傳感器
,它常用于靜態(tài)測量和動態(tài)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(zhì)塊(Kg)經(jīng)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 的保護等級,所以它可以用來使用到一些具有危險的化學(xué)工業(yè)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(jié)構(gòu)
? 抗腐蝕
? 保護等級:IP67(DIN40050)
? 壓縮尺寸
三
稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素
(1)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
傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的最大稱量值
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(shù)量
K0一保險系數(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)
(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(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時候不應(yīng)該盲目追求高等級的傳感器,應(yīng)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(fù)性和滯后三項指標(biāo)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(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。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(zhì)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(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。(4)使用環(huán)境
稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)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(huán)境,這點對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,乃至整個衡器的可靠性和安全性。一般情況下,高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)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(huán)境下會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象;電磁場對傳感器輸出會產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對應(yīng)的稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求。四
、QS系列高精度橋式稱重傳感器:QS傳感器是中國衡器市場主導(dǎo)產(chǎn)品,也是衡器行業(yè)唯一獲得國優(yōu)稱號的產(chǎn)品
,在全國同類產(chǎn)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(shù)據(jù)準確,內(nèi)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(nèi)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(shù)指標(biāo)水平。橋式稱重傳感器采用鋼球傳力結(jié)構(gòu),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(lián)接,具有良好的自動恢復(fù)力矩,在任何情況下保證垂直方向受力,穩(wěn)定性及重復(fù)性較高,可使秤體在最短時間穩(wěn)定下來,抗沖擊及抗側(cè)向力性能良好,安裝調(diào)試方便,不需固定力矩緊固