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CELTRON稱重傳感器對電容和電場的要求
閱讀：1440 發(fā)布時間：2014-9-1CELTRON稱重傳感器對電容和電場的要求隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷的進步，稱重傳感器也迎來了技術更新的時代。其中Celtron稱重傳感器，HBM稱重傳感器都已經(jīng)成為了現(xiàn)在產(chǎn)品的革新代表。雖然稱重傳感器還是會受環(huán)境因素的影響，但是稱重傳感器的電容和電場的要求還是不變的。
CELTRON稱重傳感器主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
*，稱重傳感器的容量比較容易受到電極的幾何尺寸的影響，所以一般不能做的很大。因此稱重傳感器的輸出阻抗比較高，從而導致稱重傳感器的負載能力較差，容易受到外界的干擾而產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至還是導致稱重傳感器不能正常的進行工作。
第二，稱重傳感器的輸出的特性是非線性，雖然在設計的時候采用的是差分的方式進行改善，但是也不能從根本上*消除，而且只有是在忽略了電場的邊緣效應時，輸出才能夠呈線性。因為邊緣效應會產(chǎn)生附加的電容量會使傳感器的電容器直接進行疊加，從而導致輸出的特性為非線性。
第三，稱重傳感器的初始的電容量很小，但是連接傳感器和電子線路的引線電容和電子線路的雜散電容以及傳感器的內(nèi)板極與周圍的導體所構成的電容等寄生電容缺較大，不僅是傳感器的靈敏度降低，還使這些電容常常隨機變化，使得儀器的工作極不穩(wěn)定，從而影響了測量的精度。
CELTRON稱重傳感器電阻應變
電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。
由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中*的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。
CELTRON稱重傳感器稱重傳感器
一、電阻應變片
電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。
設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。
對式（2--1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我們知道導線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
從材料力學我們知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數(shù)。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2--7）
式（2--6））說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。
需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。
在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便
常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（2--6）常寫作：
ΔR/R = Kε (2—8)
CELTRON稱重傳感器對電容和電場的要求
二、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務。
以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應力分布。
設有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。
肓孔底部中心是承受純剪應力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應力。主應力方向一為拉神，一為壓縮，若把應變片貼在這里，則應變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應變表達式，而不再推導。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--揚氏模量：μ—泊松系數(shù)；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說明的是，上面分析的應力狀態(tài)均是“局部”情況，而應變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。
三、檢測電路
檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很多?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。
因為全橋式等臂電橋的靈敏度zui高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
4.1 工作過程 在測量過程中，重量加載到稱重傳感器的彈性體上會引起塑性變形。
稱重傳感器應變 (正向和負向) 通過安裝在彈性體上的應變片轉(zhuǎn)換為電子信號。zui簡單的彎曲梁稱重傳感器只有一個應變片。
通常，彈性體和應變片通過多種方式來結(jié)合，例如，外殼，密封部件等來保護應變片。
5 注意事項
重量傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用重量傳感器至關重要，它關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。在重量傳感器主要技術指標的基本概念和評價方法上，新舊國標有質(zhì)的差異。
5.1 注意事項 傳感器的信號電纜，不和強電電源線或控制線并行布置（例如不要把傳感器信號線和強電電源線及控制線置于同一管道內(nèi)）。若它們必須并行放置，那么，它們之間的距離應保持在50CM以上，并把信號線用金屬管套起來。
不管在何種情況下，電源線和控制線均應絞合起來，合程度50轉(zhuǎn)/米，若傳感器信號線需要延長，則應采用特制的密封電纜接線盒。若不用此種接線盒，而采用電纜與電纜直接對接（錫焊端頭），則應對密封防潮特別予以注意，接好后應檢驗絕緣電阻，且需達到標準（2000～5000M），必要時，應重新標定傳感器。
若信號電纜線很長，又要保證很高的測量精度，應考慮采用帶有中繼放大器的電纜補償電路。
所有通向顯示電路或從電路引出的導線，均應采用屏蔽電纜。屏蔽線的聯(lián)接及接地點應合理。若未通過機械框架接地，則在外接地，但屏蔽線互相聯(lián)接后未接地，是浮空的。
注意：有3只傳感器是全并聯(lián)接法，傳感器本身是4線制，但在接線盒內(nèi)換成6線制接法。
傳感器輸出信號讀出電路不應和能產(chǎn)生強烈干擾的設備（如可”控硅，接觸器等）及有可觀熱量產(chǎn)生的設備放在同一箱體中，若不能保證這一點，則應考慮在它們之間設置障板隔離之，并在箱體內(nèi)安置風扇。
用以測量重量傳感器輸出信號的電子線路，應盡可能配置獨立的供電變壓器，而不要和接觸器等設備共用同一主電源。
5.2 安裝注意 重量傳感器要輕拿輕放，尤其是由合金鋁制作彈性體的小容量傳感器，任何沖擊、跌落，對其計量性能均可能造成極大損害。對于大容量的電阻應變式重量傳感器，一般來說，它具有較大的自重，故而要求在搬運、安裝時，盡可能使用適當?shù)钠鸬踉O備（如手拉葫蘆、電動葫蘆等）。
安裝傳感器的底座安裝面應平整、清潔，無任何油膜，膠膜等存在。安裝底座本身應有足夠的強度和剛性，一般要求高于傳感器本身的強度和剛度。
5.3 水平調(diào)整 水平調(diào)整有兩個方面的內(nèi)容。一是單只傳感器安裝底座的安裝平面要用水平儀調(diào)整水平，另一方面是指多個傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個 水平面上（用水準儀），尤其是傳感器數(shù)多于三個的稱重系統(tǒng)中，更應注意這一點，這樣做的主要目的是為了使各傳感器所承受的負荷基本一致。
每種重量傳感器的加載方向都是確定的，而我們使用時，一定要在此方向上加載負荷。橫向力、附加的彎矩、扭矩力應盡量避免。
盡量采用有自動定位（復位）作用的結(jié)構配件，如球形軸承、關節(jié)軸承、定位緊固器等。他們可以防止某些橫向力作用在傳感器上。要說明的是：有些橫向力并不是 機械安裝引起的，如熱膨脹引起的橫向力，風力引起的橫向力，及某些容器類衡器上的攪拌器的振動引起的橫向力即不是機械安裝引起的。
某些衡器上有些必須接到秤體上的附件（如容器秤的輸料管道等），我們應讓他們在傳感器加載主軸的方向上盡量柔軟一些，以防止他們“吃掉”傳感器的真實負荷合而引起誤差。
重量傳感器周圍應盡量設置一些“擋板”，甚至用薄金屬板把傳感器罩起來。這樣可防止雜物玷污傳感器及某些可動部分，而這種“沾污”往往會使可動部分運動不爽，而影響稱量精度。
系統(tǒng)有無運動不爽現(xiàn)象，可以用以下方法判別。即在秤臺上加或減大約千分之一額定負荷看看稱重顯示儀是否有反映，有反映，說明可動部分未受“沾污”。
重量傳感器雖然有一定的過載能力，但在稱重系統(tǒng)安裝過程中，仍應防止傳感器的超載。要注意的是，即使是短時間的超載，也可能會造成傳感器*損壞。在安裝過程中，若確有必要，可先用一個和傳感器等高度的墊塊代替?zhèn)鞲衅?，到zui后，再把傳感器換上。
在正常工作時，傳感器一般均應設置過載保護的機械結(jié)構件。若用螺桿固定傳感器，要求有一定的緊固力矩，而且螺桿應有一定的旋入螺紋深度。一般而言，固定螺桿因采用高強度螺桿。
傳感器應采用鉸合銅線（截面積約50mm2）形成電氣旁路，以保護它們免受電焊電流或雷擊造成的危害。重量傳感器的使用中，必須避免強烈的熱輻射，尤其是單側(cè)的強烈熱輻射。
CELTRON稱重傳感器對電容和電場的要求