如何选用称重传感器

发布 2019-06-22 03:27:00 阅读 5674

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。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境,这点对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。

环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面:

1)高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器;另外,必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

2)粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的,其密闭性存在着很大差异。

常见的密封有密封胶充填或涂覆;橡胶垫机械紧固密封;焊接(氩弧焊、等离子束焊)和抽真空充氮密封。

从密封效果来看,焊接密封为最佳,充填涂覆密封胶为最差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器,可选择涂胶密封的传感器,而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器,应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。

3)在腐蚀性较高的环境下,如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响,应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩,抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。

4)电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下,应对传感器的屏蔽性进行严格检查,看其是否具有良好的抗电磁能力。

5)易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害,而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此,在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求:在易燃、易爆环境下必须选用防爆传感器,这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性,还要考虑到防爆强度,以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。

其次对传感器数量和量程的选择。

传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定)而定。一般来说,秤体有几个支撑点就选用几只传感器,但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器,一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。

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。

传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后,经过大量的实验而确定的。

公式如下:c=k-0·k-1·k-2·k-3·(wmax+w)/n

c—单个传感器的额定量程;w—秤体自重;wmax—被称物体净重的最大值;n—秤体所采用支撑点的数量;k-0—保险系数,一般取值在1.2~1.3之间人;k-1—冲击系数;k-2—秤体的重心偏移系数;k-3—风压系数。

例如:一台30t电子汽车衡,最大称量是30t,秤体自重为1.9t,采用四只传感器,根据当时的实际情况,选取保险系数k-0=1.

25,冲击系数k-1=1.18,重心偏移系数k-2—=1.03,风压系数k-3=1.

02,试确定传感器的吨位。

解:根据传感器量程计算公式:

c=k-0k-1k-2k-3(wmax+w)/n

可知:c=1.25×1.18×1.03×1.02×(30+1.9)/4=12.36t

因此,可选用量程为15t的传感器(传感器的吨位一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t等,除非特殊订做)。

根据经验,一般应使传感器工作在其30%~70%量程内,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,使传感器工作在其量程的20%~30%之内,使传感器的称量储备量增大,以保证传感器的使用安全和寿命。

再次,要考虑各种类型传感器的适用范围。

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,譬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。

最后,还要对传感器准确度等级进行选择。

传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候,不要单纯追求高等级的传感器,而既要考虑满足电子秤的准确度要求,又要考虑其成本。

对传感器等级的选择必须满足下列两个条件:

1.满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、a/d转换等处理之后显示称量结果的。

因此,传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入情号大小,即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式,计算结果必须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。

传感器和仪表的匹配公式:

传感器输出灵敏度*激励电源电压*秤的最大称量。

秤的分度数*传感器的个数*传感器量程。

例如:一称量为25kg的定量包装秤,最大分度数为1000个分度;秤体采用3只l—be—25型传感器,量程为25kg,灵敏度为2.0±0.

008mv/v,拱桥电压力12v;秤采用ad4325仪表。问采用的传感器能否与仪表匹配。

解:经查阅,ad4325仪表的输入灵敏度为0.6μv/d,因此根据传感器和仪表的匹配公式可得仪表的实际输入信号为:

2×12×25/1000×3×25=8μv/d>0.6μv/d

所以,采用的传感器满足仪表输入灵敏度的要求,能够与所选仪表匹配。

2.满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、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,如秤体的强度差一点,仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求,因此要从各方面提高要求,又要考虑经济效益,确保达到目的。

电阻应变式称重传感器。

电阻应变式称重传感器等工作原理。

电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片**换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(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(电压或电流),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。

一、电阻应变片。

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上,即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数k。我们来介绍一下它的意义。

设有一个金属电阻丝,其长度为l,横截面是半径为r的圆形,其面积记作s,其电阻率记作ρ,这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时,它的电阻值为r:

r = l/s(ω)2—1)

当他的两端受f力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。设其伸长δl,其横截面积则缩小,即它的截面圆半径减少δr。此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作δρ。

对式(2--1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,他的电阻值改变了多少。我们有:

r = l/s + lρ/s –δsρl/s2 (2—2)

用式(2--1)去除式(2--2)得到。

r/rl/l – s/s (2—3)

另外,我们知道导线的横截面积s = r2,则 δs = 2πr*δr,所以。

s/s = 2δr/r (2—4)

从材料力学我们知道。

r/r = l/l (2—5)

其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2—4)(2—5)代入(2--3),有。

r/rl/l + 2μδl/l

1 + 2l/l))*l/l

k *δl/l (2--6)

其中。k = 1 + 2l/l) (

式(2--6))说明了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)之间的关系。

需要说明的是:灵敏度系数k值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,它和应变片的形状、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,即它没有量纲。

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。这样,式(2-常写作:

r/r = kε (2—8)

二、弹性体。

弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个,首先是它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,它要产生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的完成应变棗电信号的转换任务。

以托利多公司的sb系列称重传感器的弹性体为例,来介绍一下其中的应力分布。

设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。

肓孔底部中心是承受纯剪应力,但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神,一为压缩,若把应变片贴在这里,则应变片上半部将受拉伸而阻值增加,而应变片的下半部将受压缩,阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式,而不再推导。

= 3q(1+μ)2eb)*(b(h2-h2)+bh2)/ b(h3-h3)+bh3) (2--9)

其中:q--截面上的剪力;e--扬氏模量:μ—泊松系数;b、b、h、h—为梁的几何尺寸。

需要说明的是,上面分析的应力状态均是“局部”情况,而应变片实际感受的是“平均”状态。

三、检测电路。

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。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,可以比较方便的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。

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销,所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

称重传感器常用技术参数。

一、用分项指标表示法在介绍称重传感器技术参数时,传统的方法是采用分项指标,其优点是物理意义明确,沿用多年,熟悉的人较多。我们现在列出其主要项目如下:*额定容量生产厂家给出的称量范围的上限值。

额定输出(灵敏度)

加额定载荷时和无载荷时,传感器输出信号的差值。由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关,所以额定输出的单位以mv/v来表示。并称之为灵敏度。

灵敏度允差

称重传感器的种类

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