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電子汽車衡傳感器的原理及應(yīng)用
一、引言
現(xiàn)代信息技術(shù)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的要部件是傳感器。且置于系統(tǒng)的zui前端。稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動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。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重域。在這里以SCS全電子汽車衡為例談?wù)劮Q重傳感器的構(gòu)成、原理、現(xiàn)場使用和調(diào)試。
二、構(gòu)成和工作原理
1.系統(tǒng)構(gòu)成。SCS全電子汽車衡主要由稱重顯示儀表、稱重傳感器、秤體等三大部分構(gòu)成。其中，秤體是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機械傳力復(fù)位系統(tǒng)，包括接受被稱物體載荷的承載器、傳力復(fù)位機構(gòu)、限位裝景等，是汽車衡的主要承載部件。起到了承受物體重量的作用。秤臺和傳力機構(gòu)負責(zé)將物體的重量準(zhǔn)確的傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器位于秤臺和基礎(chǔ)之間。將被稱物體的重量按一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，通過接線盒信號電纜輸出到稱重顯示儀表。經(jīng)處理后儀表直接顯示被稱物體的重量。
2.工作原理。當(dāng)稱重物體或載重汽車停放在秤臺上，載荷通過秤體將重量傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的mV級電信號。該信號經(jīng)前置放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換。由微處理器(單片機)對信號處理后，數(shù)字顯示部位直接顯示稱重值。
三、現(xiàn)場使用和調(diào)試
以全電子汽車衡為例。我國稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試中主要存在下列幾種情況：地基和秤體的處理，傳感器選擇，標(biāo)定以及角差的調(diào)節(jié)，傳感器的各類故障檢測和排除，稱重儀表的選擇和故障檢測等。
1.傳感器的準(zhǔn)確度等級
R60《稱重傳感器》建議將傳感器分為四個準(zhǔn)確度等級：*、B級、C級、D級。
確定準(zhǔn)確度等級的傳感器zui大分度數(shù)以1000為單位表示。
2.地基和秤體的處理
SCS全電子汽車衡的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分為無基坑和淺基坑兩種，施工中應(yīng)滿足下列要求：基礎(chǔ)的地耐力不低于98KPa;基礎(chǔ)必須挖到凍土層以下：有必要有排水溝道的必須修排水溝道。磅房內(nèi)必須設(shè)置一根接地樁，接地電阻必須小于4歐姆。
對于配置防浪涌保護裝置的汽車衡和配置防爆裝置的汽車衡有更加嚴(yán)格的要求。基礎(chǔ)施工時必須嚴(yán)格按照提供的指標(biāo)完成，否則將達不到防浪涌保護和防爆的要求。
秤體安裝中應(yīng)注意的問題是安裝限位螺栓和調(diào)整限位間隙。安裝時必須做到限位間隙達到2-3mm，然后必須擰緊螺母。傳感器的安裝必須遵循傳感器廠家提供的安裝方法。安裝好的秤臺用水準(zhǔn)儀檢查是否水平。同時檢查和校正秤臺四周的間隙，使之達到安裝要求。
3.傳感器選擇
稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素。實際的使用當(dāng)中要從下列幾個因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、zui大分度數(shù)、zui小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)
(1)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)的傳感器才能滿足必要的稱重要求。
(2)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、秤體需要支撐的點數(shù)(支撐點數(shù)應(yīng)根據(jù)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(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的zui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(zhǔn)確度就越高。但是在實際的使用當(dāng)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。
(3)各種類型傳感器的使用范圍。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。
(4)傳感器的準(zhǔn)確度等級選擇。傳感器的準(zhǔn)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(zhǔn)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。
在檢定過程中應(yīng)該注意這樣幾個問題：
1)選擇能達到稱量要求和功能的稱重顯示儀表;2)零位跟蹤功能在檢定中應(yīng)該取消，梭定前應(yīng)確定零中心位置;3)按準(zhǔn)確度等級中3個稱量段的相應(yīng)誤差帶檢定時，應(yīng)將空秤、zui小稱量和3個誤差轉(zhuǎn)折點及兩個測試點。共七個稱量點包括進去;4)各個稱量點的誤差應(yīng)按下列公式進行計算：δ=L-M+0.5e-△M式中：L-實際顯示值。M-標(biāo)準(zhǔn)載荷(砝碼)值，e-檢定分度值，△M-到下一個閃變時的加載值。
(5)傳感器的各類故障檢測和排除。對于全電子汽車衡來講，故障處理應(yīng)遵循這樣的步驟：
觀察(故障觀察)——分析(故障原因)——檢測(為故障判斷提供依據(jù)或?qū)ε袛嘟Y(jié)果加以驗證)——修復(fù)(修理或更換)——檢定(系統(tǒng)調(diào)試后對其計量性能進行測試)?？筛鶕?jù)實際情況選用下列方法判斷：直觀法、替代法、比較法、插拔法、代碼診斷法。
就稱重傳感器自身的特點通過下列方法檢測、判斷和驗證：
1)阻抗判別法：逐個將傳感器的兩根輸出線、輸入線拆掉。用萬用表測試輸出、輸入阻抗和信號電纜各芯線與屏蔽層間的緣電阻。如果測試結(jié)果達不到合格證上的數(shù)值，即可判斷為故障傳感器：
2)信號輸出判斷：如果阻抗法無法判斷傳感器的好壞?？捎么朔ㄗ鲞M一步檢查。先給儀表通電，將傳感器的輸出線拆掉。在空秤下用萬用表測量其Mv輸出值。假設(shè)額定激勵電壓為U(v)，傳感器的靈敏度為M(Mv/V)，傳感器的額定載荷F(kg)，那么每個傳感器的輸出為U×M×K÷F(Mv)。如果那一只的輸出值超出該計算值過大(理想情況下不存在偏載時應(yīng)該相等)或不穩(wěn)定，即可判斷傳感器有故障。
作者：王輝 來源：活力 2011年2期