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電子汽車(chē)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(jì)算機(jī)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(chēng)重傳感器被稱(chēng)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(chēng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱(chēng)量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高。稱(chēng)重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置。目前，稱(chēng)重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱(chēng)重域。在這里以SCS全電子汽車(chē)衡為例談?wù)劮Q(chēng)重傳感器的構(gòu)成、原理、現(xiàn)場(chǎng)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(chē)衡主要由稱(chēng)重顯示儀表、稱(chēng)重傳感器、秤體等三大部分構(gòu)成。其中，秤體是被稱(chēng)物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械傳力復(fù)位系統(tǒng)，包括接受被稱(chēng)物體載荷的承載器、傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)、限位裝景等，是汽車(chē)衡的主要承載部件。起到了承受物體重量的作用。秤臺(tái)和傳力機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將物體的重量準(zhǔn)確的傳遞給稱(chēng)重傳感器。稱(chēng)重傳感器位于秤臺(tái)和基礎(chǔ)之間。將被稱(chēng)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(hào)，通過(guò)接線盒信號(hào)電纜輸出到稱(chēng)重顯示儀表。經(jīng)處理后儀表直接顯示被稱(chēng)物體的重量。
2.工作原理。當(dāng)稱(chēng)重物體或載重汽車(chē)停放在秤臺(tái)上，載荷通過(guò)秤體將重量傳遞給稱(chēng)重傳感器，稱(chēng)重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的mV級(jí)電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)前置放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換。由微處理器(單片機(jī))對(duì)信號(hào)處理后，數(shù)字顯示部位直接顯示稱(chēng)重值。
三、現(xiàn)場(chǎng)使用和調(diào)試
以全電子汽車(chē)衡為例。我國(guó)稱(chēng)重傳感器的現(xiàn)場(chǎng)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(lèi)故障檢測(cè)和排除，稱(chēng)重儀表的選擇和故障檢測(cè)等。
1.傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)
R60《稱(chēng)重傳感器》建議將傳感器分為四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)：*、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)。
確定準(zhǔn)確度等級(jí)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(chē)衡的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分為無(wú)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?jī)?nèi)必須設(shè)置一根接地樁，接地電阻必須小于4歐姆。
對(duì)于配置防浪涌保護(hù)裝置的汽車(chē)衡和配置防爆裝置的汽車(chē)衡有更加嚴(yán)格的要求?；A(chǔ)施工時(shí)必須嚴(yán)格按照提供的指標(biāo)完成，否則將達(dá)不到防浪涌保護(hù)和防爆的要求。
秤體安裝中應(yīng)注意的問(wèn)題是安裝限位螺栓和調(diào)整限位間隙。安裝時(shí)必須做到限位間隙達(dá)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(tái)用水準(zhǔn)儀檢查是否水平。同時(shí)檢查和校正秤臺(tái)四周的間隙，使之達(dá)到安裝要求。
3.傳感器選擇
稱(chēng)重傳感器在選用時(shí)要考慮到很多因素。實(shí)際的使用當(dāng)中要從下列幾個(gè)因素考慮。另外，稱(chēng)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(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)輸出裝置。用傳感器先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)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(gè)衡器的可靠性和安全性。一般情況下，高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料融化、焊點(diǎn)開(kāi)化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題;粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響;在腐蝕性較高的環(huán)境下會(huì)造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象：電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出會(huì)產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的傳感器才能滿足必要的稱(chēng)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(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定)而定。一般來(lái)說(shuō)秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)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(chēng)量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)決定。一般來(lái)講，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱(chēng)量的準(zhǔn)確度就越高。但是在實(shí)際的使用當(dāng)中，由于加在傳感器上的載荷除被稱(chēng)物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器時(shí)。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(lèi)型傳感器的使用范圍。傳感器形式的選擇主要取決于稱(chēng)重的類(lèi)型和安裝空間，保證安裝合適，稱(chēng)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(jí)選擇。傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)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(shí)候不應(yīng)該盲目追求高等級(jí)的傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級(jí)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(xiàng)指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。
在檢定過(guò)程中應(yīng)該注意這樣幾個(gè)問(wèn)題：
1)選擇能達(dá)到稱(chēng)量要求和功能的稱(chēng)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(jí)中3個(gè)稱(chēng)量段的相應(yīng)誤差帶檢定時(shí)，應(yīng)將空秤、zui小稱(chēng)量和3個(gè)誤差轉(zhuǎn)折點(diǎn)及兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)。共七個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)包括進(jìn)去;4)各個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)的誤差應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算：δ=L-M+0.5e-△M式中：L-實(shí)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(gè)閃變時(shí)的加載值。
(5)傳感器的各類(lèi)故障檢測(cè)和排除。對(duì)于全電子汽車(chē)衡來(lái)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(cè)(為故障判斷提供依據(jù)或?qū)ε袛嘟Y(jié)果加以驗(yàn)證)——修復(fù)(修理或更換)——檢定(系統(tǒng)調(diào)試后對(duì)其計(jì)量性能進(jìn)行測(cè)試)?？筛鶕?jù)實(shí)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(chēng)重傳感器自身的特點(diǎn)通過(guò)下列方法檢測(cè)、判斷和驗(yàn)證：
1)阻抗判別法：逐個(gè)將傳感器的兩根輸出線、輸入線拆掉。用萬(wàn)用表測(cè)試輸出、輸入阻抗和信號(hào)電纜各芯線與屏蔽層間的緣電阻。如果測(cè)試結(jié)果達(dá)不到合格證上的數(shù)值，即可判斷為故障傳感器：
2)信號(hào)輸出判斷：如果阻抗法無(wú)法判斷傳感器的好壞。可用此法做進(jìn)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(wàn)用表測(cè)量其Mv輸出值。假設(shè)額定激勵(lì)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(gè)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(jì)算值過(guò)大(理想情況下不存在偏載時(shí)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(lái)源：活力 2011年2期