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地磅传感器的原理及应用

一、引言 
  现代信息技术是信息的采集、传输和处理技术,即传感技术、通信技术和计算机技术,它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器。且置于系统的最前端。称重传感器被称为电子衡器中的心脏部件。随着科学技术的飞速发展,由称重传感器制作的电子衡器也已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量。特别是随着微处理机的出现,工业生产过程自动化程度化的不断提高。称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。目前,称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。在这里以SCS全电子汽车衡为例谈谈称重传感器的构成、原理、现场使用和调试。 
   
  二、构成和工作原理 
   
  1.系统构成。SCS全电子地磅主要由称重显示仪表、称重传感器、秤体等三大部分构成。其中,秤体是被称物体与转换元件之间的机械传力复位系统,包括接受被称物体载荷的承载器、传力复位机构、限位装景等,是地磅的主要承载部件。起到了承受物体重量的作用。秤台和传力机构负责将物体的重量准确的传递给称重传感器。称重传感器位于秤台和基础之间。将被称物体的重量按一定的函数关系转换为相应的电信号,通过接线盒信号电缆输出到称重显示仪表。经处理后仪表直接显示被称物体的重量。 
  2.工作原理。当称重物体或载重汽车停放在秤台上,载荷通过秤体将重量传递给称重传感器,称重传感器将重量转换为相应的mV级电信号。该信号经前置放大、滤波、A/D转换。由微处理器(单片机)对信号处理后,数字显示部位直接显示称重值。 
   
  三、现场使用和调试 
   
  以全电子地磅为例。我国称重传感器的现场使用和调试中主要存在下列几种情况:地基和秤体的处理,传感器选择,标定以及角差的调节,传感器的各类故障检测和排除,称重仪表的选择和故障检测等。 
  1.传感器的准确度等级 
  R60《称重传感器》国际建议将传感器分为四个准确度等级:A级、B级、C级、D级。 
  确定准确度等级的传感器最大分度数以1000为单位表示。 
  2.地基和秤体的处理 
  SCS全电子地磅的基础结构分为无基坑和浅基坑两种,施工中应满足下列要求:基础的地耐力不低于98KPa;基础必须挖到冻土层以下:有必要有排水沟道的必须修排水沟道。磅房内必须设置一根接地桩,接地电阻必须小于4欧姆。 
  对于配置防浪涌保护装置的地磅和配置防爆装置的地磅有更加严格的要求。基础施工时必须严格按照提供的指标完成,否则将达不到防浪涌保护和防爆的要求。 
  秤体安装中应注意的问题是安装限位螺栓和调整限位间隙。安装时必须做到限位间隙达到2-3mm,然后必须拧紧螺母。传感器的安装必须遵循传感器厂家提供的安装方法。安装好的秤台用水准仪检查是否水平。同时检查和校正秤台四周的间隙,使之达到安装要求。 
  3.传感器选择 
  称重传感器在选用时要考虑到很多因素。实际的使用当中要从下列几个因素考虑。另外,称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标 
  (1)使用环境。称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境,这点对于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。一般情况下,高温环境对传感器造成涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题;粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响;在腐蚀性较高的环境下会造成传感器弹性体受损或产生短路现象:电磁场对传感器输出会产生干扰。相应的环境因素下我们必须选择对应的传感器才能满足必要的称重要求。 
  (2)传感器的数量和量程。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。 
  传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲,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。但是在实际的使用当中,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,因此选用传感器时。要考虑诸多方面的因素,保证传感器的安全和寿命。 
  (3)各种类型传感器的使用范围。传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间,保证安装合适,称重安全可靠;另一方面要考虑厂家的建议。 
  (4)传感器的准确度等级选择。传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器,应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下,选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。 
  在检定过程中应该注意这样几个问题: 
  1)选择能达到称量要求和功能的称重显示仪表;2)零位跟踪功能在检定中应该取消,梭定前应确定零中心位置;3)按准确度等级中3个称量段的相应误差带检定时,应将空秤、最小称量和3个误差转折点及两个测试点。共七个称量点包括进去;4)各个称量点的误差应按下列公式进行计算:δ=L-M+0.5e-△M式中:L-实际显示值。M-标准载荷(砝码)值,e-检定分度值,△M-到下一个闪变时的加载值。 
  (5)传感器的各类故障检测和排除。对于全电子汽车衡来讲,故障处理应遵循这样的步骤: 
  观察(故障观察)――分析(故障原因)――检测(为故障判断提供依据或对判断结果加以验证)――修复(修理或更换)――检定(系统调试后对其计量性能进行测试)。可根据实际情况选用下列方法判断:直观法、替代法、比较法、插拔法、代码诊断法。 
  就称重传感器自身的特点通过下列方法检测、判断和验证: 
  1)阻抗判别法:逐个将传感器的两根输出线、输入线拆掉。用万用表测试输出、输入阻抗和信号电缆各芯线与屏蔽层间的绝缘电阻。如果测试结果达不到合格证上的数值,即可判断为故障传感器: 
  2)信号输出判断:如果阻抗法无法判断传感器的好坏。可用此法做进一步检查。先给仪表通电,将传感器的输出线拆掉。在空秤下用万用表测量其Mv输出值。假设额定激励电压为U(v),传感器的灵敏度为M(Mv/V),传感器的额定载荷F(kg),那么每个传感器的输出为U×M×K÷F(Mv)。如果那一只的输出值超出该计算值过大(理想情况下不存在偏载时应该相等)或不稳定,即可判断传感器有故障。
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