稱重傳感器的原理與技術(shù)參數(shù)基本定義

1、稱重傳感器的原理與技術(shù)參數(shù)基本定義隨著技術(shù)的進(jìn)步，由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。1 .高速定量分裝系統(tǒng)本系統(tǒng)由微機(jī)控制稱重傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號(hào)，執(zhí)行定值稱量，控制外部給料系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)行自動(dòng)稱量和快速分裝的任務(wù)。系統(tǒng)采用MC

2、S-51單片機(jī)和V/F電壓頻率變換器等電子器件，其硬件電路框圖如圖1所示，用8031作為中央處理器，BCD拔碼盤作為定值設(shè)定輸入器，物料裝在料斗里，其重量使傳感器彈性體發(fā)生變形，輸出與重量成正比的電信號(hào)，傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大器放大后，輸入V/F轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的頻率信號(hào)直接送入8031微處理器中，其數(shù)字量由微機(jī)進(jìn)行處理。微機(jī)一方面把物重的瞬時(shí)數(shù)字量送入顯示電路，顯示出瞬時(shí)物重，另一方面則進(jìn)行稱重比較，開啟和關(guān)閉加料口、放料于箱中等一系列的稱重定值控制。圖1原理框圖在整個(gè)定值分裝控制系統(tǒng)中，稱重傳感器是影響電子秤測(cè)量精度的關(guān)鍵部件，選用U不變的情況GYL-3應(yīng)變式稱重測(cè)力傳感器。四片

3、電阻應(yīng)變片構(gòu)成全橋橋路，在所加橋壓U的變下，傳感器輸出信號(hào)與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比，而且，供橋橋壓化直接影響電子稱的測(cè)量精度，所以要求橋壓很穩(wěn)定。毫伏級(jí)的傳感器輸出經(jīng)放大后，變成了0-10V的電壓信號(hào)輸出，送入V/F變換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其輸出端輸出的頻率信號(hào)加到單片機(jī)8031定時(shí)器1的計(jì)數(shù)、輸入端T1上。在微機(jī)內(nèi)部由定時(shí)器0作計(jì)數(shù)定時(shí)，定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間由要求的A/D轉(zhuǎn)換分辯率設(shè)定。定時(shí)器1的計(jì)數(shù)值反映了測(cè)量電壓大小即物料的重量。在顯示的同時(shí)，計(jì)算機(jī)還根據(jù)設(shè)定值與測(cè)量值進(jìn)行定值判斷。測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較，取差值提供PID運(yùn)算，當(dāng)重量不足，則繼續(xù)送料和顯示測(cè)量值。一旦重量相等或

4、大于給定值，控制接口輸出控制信號(hào)，控制外部給料設(shè)備停止送料，顯示測(cè)量終值，然后發(fā)出回答令，表示該袋裝料結(jié)束，可進(jìn)行下袋的裝料稱重。圖2所示為自動(dòng)稱重和裝料裝置。每個(gè)裝料的箱子或袋子沿傳送帶運(yùn)動(dòng)，直到裝有料的電子稱下面，傳送帶停止運(yùn)動(dòng)，電磁線圈2通電，電子稱料斗翻轉(zhuǎn)，使料全部倒入箱子或袋子中，當(dāng)料倒完，傳送帶馬達(dá)再次通電，將裝滿料的箱子或袋子移出，并保護(hù)傳送帶繼續(xù)運(yùn)行，直到下一次空袋或空箱切斷光電傳感器的光源，與此同時(shí)，電子稱料箱復(fù)位，電磁線圈1通電，漏斗給電子秤自動(dòng)加料，重量由微機(jī)控制，當(dāng)電子秤中的料與給定值相等時(shí)，電磁線圈1斷電，彈簧力使漏斗門關(guān)上。裝料系統(tǒng)開始下一個(gè)裝料的循環(huán)。當(dāng)漏斗中的料

5、和傳送帶上的箱子足夠多時(shí)，這個(gè)過程可以持續(xù)不斷地進(jìn)行下去。必要時(shí)，工作人員可以隨時(shí)停止傳送帶，通過拔碼盤輸入不同的給定值，然后再啟動(dòng)，即可改變箱或袋中的重量。00：底段可遍支架拜窗托梁I/圖2自動(dòng)稱重和裝料裝置本系統(tǒng)選用不同的傳感器，改變稱重范圍，則可以用到水泥、食糖、面粉加工等行業(yè)的自動(dòng)包裝中。2 .傳感器在商用電子秤中的應(yīng)用目前，商用電子計(jì)價(jià)秤的使用非常普及，逐漸會(huì)取代傳統(tǒng)的桿稱和機(jī)械案秤。電子計(jì)價(jià)秤在秤臺(tái)結(jié)構(gòu)上有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：一個(gè)相當(dāng)大的秤臺(tái)，只在中間裝置一個(gè)專門設(shè)計(jì)的傳感器來承擔(dān)物料的全部重量，如圖3所示。常用的電子計(jì)價(jià)秤傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中圖4(a)為雙連橢圓孔彈性體，秤盤

6、用懸臂梁端部上平面的兩個(gè)螺孔緊固；圖4(b)為梅花型四連孔彈性體，秤盤用懸臂梁端部側(cè)面的三個(gè)螺孔堅(jiān)固，片。這兩種形式的傳感器，在計(jì)價(jià)秤中用得最多。圖4(c曲應(yīng)力，對(duì)重量反應(yīng)敏感，宜用來制作小稱量計(jì)價(jià)秤。圖樣中間敏感梁的剪切應(yīng)力，宜用來制作幾百公斤稱量范圍計(jì)價(jià)秤。*式新電”及愉希于1一能源月光傳感中間支桿上粘貼補(bǔ)償用的應(yīng)變；)為三梁式彎曲彈性體，采樣彎4(d)為二梁式男切彈性體，米圖3計(jì)價(jià)秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖4計(jì)價(jià)秤用彈性體結(jié)構(gòu)用這些復(fù)梁型高精度傳感器來支承一個(gè)大的稱重平臺(tái)，被稱重物又可能放置在任何稱臺(tái)的任意位置上，必然會(huì)產(chǎn)生四角示值誤差，對(duì)圖4(a),(b)兩種結(jié)構(gòu)形式的傳感器，可通過鋰磨的形式

7、進(jìn)行角差修正。對(duì)圖4(c),(d),它有上下兩根局部削弱的柔性輔助梁，使傳感器對(duì)側(cè)向力、橫向力和扭轉(zhuǎn)力矩具有很強(qiáng)的抵抗能力，可以通過鋰磨輔助梁的柔性部位來調(diào)整傳感器的靈敏系數(shù)和四角誤差。圖5為一種商用電子計(jì)價(jià)秤的電路框圖。傳感器采用的是圖4(b)所示的梅花型四連孔結(jié)構(gòu)，該秤具有置零、自動(dòng)清除單價(jià)、零位自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)去皮、次數(shù)累計(jì)和金額累計(jì)、打印輸出等功能，7段綠色熒光數(shù)碼管顯示，使用十分方便。稱幣作惑器，出情號(hào)圖5電子計(jì)價(jià)秤的電路框圖圖6是采用CHBL3型號(hào)S型雙連孔彈性體稱重傳感器制作的便攜式家用電子手提秤的原理圖，由稱重傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示四部分組成。圖中，E為9V的疊層

8、電池，R1-R4是稱重傳感器的4個(gè)電阻應(yīng)變片，R5、R6與W1組成零點(diǎn)調(diào)整電路。當(dāng)載荷為零時(shí)，調(diào)節(jié)RW1使液晶顯示屏顯示為零。A1,A2為雙運(yùn)放集成電路LM358中的兩個(gè)單元電路，組成了一個(gè)對(duì)稱的同相放大器，A/D轉(zhuǎn)換器采用ICL7106雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器,液晶顯示采用31/2液晶顯示片。該電子秤精度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，攜帶方便。稱重傳感器是一種高精度的傳感器，必須按規(guī)定的規(guī)格使用。若不按規(guī)定的規(guī)格使用，不僅不能發(fā)揮稱重的作用，而且容易損壞，尤其是絕對(duì)不準(zhǔn)超過負(fù)荷安全值使用。圖6手提秤的電路框圖對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應(yīng)變片，也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引

9、起誤差，所以對(duì)要求精度較高的傳感器，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片，并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來說主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定，通過線性補(bǔ)償，也可得到改善。滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。在露天下使用傳感器，還應(yīng)考慮陽光直射產(chǎn)生的溫度影響和風(fēng)壓的影響。稱重傳感器技術(shù)參數(shù)基本定義：(1)額定載荷：傳感器在規(guī)定技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)能夠測(cè)量的最大軸向負(fù)荷。但實(shí)際使用時(shí),般只用額定量程的2/31/3。(2)允許

10、使用負(fù)荷(或稱安全過載)：稱重傳感器允許施加的最大軸向負(fù)荷。允許在一定范圍內(nèi)超負(fù)荷工作。一般為120%150%。(3)極限負(fù)荷(或稱極限過載)：稱重傳感器能承受的不使其喪失工作能力的最大軸向負(fù)荷。意即當(dāng)工作超過此值時(shí)，傳感器將會(huì)受到損壞。(4)靈敏度：輸出增量與所加的負(fù)荷增量之比。通常每輸入1V電壓時(shí)額定輸出的mV。(5)非線性：這是表征此傳感器輸出的電壓信號(hào)與負(fù)荷之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的精確程度的參數(shù)。(6)重復(fù)性：重復(fù)性表征傳感器在同一負(fù)荷在同樣條件下反復(fù)施加時(shí)，其輸出值是否能重復(fù)一致，這項(xiàng)特性更重要，更能反映傳感器的品質(zhì)。國(guó)標(biāo)對(duì)重復(fù)性的誤差的表述：重復(fù)性誤差可與非線性同時(shí)測(cè)定同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次測(cè)量的

11、實(shí)際輸出信號(hào)值之間的最大差值(mv)。(7)滯后：滯后的通俗意思是：逐級(jí)施加負(fù)荷再依次卸下負(fù)荷時(shí)，對(duì)應(yīng)每一級(jí)負(fù)荷，理想情況下應(yīng)有一樣的讀數(shù)，但事實(shí)上下一致，這不一致的程度用滯后誤差這一指標(biāo)來表示。國(guó)標(biāo)中是這樣來計(jì)算滯后誤差的：同一試驗(yàn)點(diǎn)上3次行程實(shí)際輸出信號(hào)值的算術(shù)平均與3次上行程實(shí)際輸出信號(hào)值的算術(shù)平均之間的最大差值(mv)。(8)蠕變和蠕變恢復(fù)：要求從兩個(gè)方面檢驗(yàn)傳感器的蠕變誤差：其一是蠕變：在5-10秒時(shí)間無沖擊地加上額定負(fù)荷，在加荷后5-10秒讀數(shù)，然后在30分鐘內(nèi)按一定的時(shí)間間隔依次記下輸出值。其二是蠕變恢復(fù)：盡快去掉額定負(fù)荷(在5-10秒時(shí)間內(nèi))，卸荷后在5-10秒內(nèi)立即讀數(shù)，然后

12、在30分鐘內(nèi)按一定的時(shí)間間隔依次記下輸出值。(9)允許使用溫度：規(guī)定了此稱重傳感器能適用的場(chǎng)合。例常溫傳感器一般標(biāo)注為：-20C-+70C。高溫傳感器標(biāo)注為：-40C-250Co(10)溫度補(bǔ)償范圍：說明此傳感器在生產(chǎn)時(shí)已在這樣的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了補(bǔ)償。例常溫傳感器一般標(biāo)注為-10C-+55Co(11)零點(diǎn)溫度影響(俗稱零點(diǎn)溫漂)：表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時(shí)它的零點(diǎn)的穩(wěn)定性。一般以每10c范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計(jì)量單位。(12)輸出靈敏系數(shù)的溫度影響(俗稱系數(shù)溫漂)：此參數(shù)表征此傳感器在環(huán)境溫度變化時(shí)輸出靈敏度的穩(wěn)定性。一般以每10c范圍內(nèi)產(chǎn)生的漂移為計(jì)量單位。(13)輸出阻抗：在額定技術(shù)條件下，傳感器的輸出的電阻值S+S-I+I-(14)輸入阻抗：稱重傳感器的激勵(lì)端的電阻值，E+E-V+V-(15)絕緣阻抗：傳感器的電路部分與彈性梁之間的絕緣阻值，越大越好，絕緣電阻的大小會(huì)影響傳感器的各項(xiàng)性能。而當(dāng)絕緣阻抗低于