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柯力传感器应用基础知识要点讲座 2011年7月5日 电子汽车衡秤台设计秤台是电子汽车衡的核心部位 它将决定于一台汽车衡使用年限 准确度 汽车衡台面的设计要注意以下几点 秤台强度 为保证称重量的精度与准确度 汽车衡满量程承载时 秤台整体弯曲应控制在1mm 1m 秤台承载点的设计 如下图 多秤台的连接方式 秤台联接分为断联接方式与死联接方式 如下图 以两节台面为例 图2 2 1图2 2 2 图2 2 1为断联接方式 此种联接是选用搭接的方式 第二节秤台搭在第一节秤台上 优点是 a 能够使每个承载点均匀受力 有助于四角误差调整 b 有利于运输 c 便于安装 图2 2 2为死联接方式 此种联接方式不合理 缺点是 a 不易安装 b 四角平衡不易调整 c 新秤安装后2 3个月 秤台发生变形或基础变形 四角出现偏差 传感器安装方向和在秤台的安装位置 同一台秤 同一型号的传感器安装方向应统一 例如安装QS型要求如下图 图2 2 3 图 a 横向 图 b 纵横向这两种方向均可行 为了提高动态效果 推荐图 c 装法 图 b 主要是在同一台秤上安装方向不统一 秤台挠度变化时 四个角会产生不同方向的输出变化量 并会随载荷在秤台上位置的不同而不同 表现出较大的偏载误差 传感器在秤台的安装位置应考虑载荷轴重力矩Mz与秤台重力力矩Mn的关系 如图2 2 4 当B尺寸较大时 会导致汽车下秤时 后轮的作用力矩 即轴重力矩 Mz可能会大于秤台的重力力矩Mn 秤台以传感器为支点沿图示a方向翻转 车开出后原始对位状态与初始不同 表现为不回零 重复性差 故B尺寸增大有利于提高秤台的强度 但必须充分考虑翻转的后患不良 原则上应控制A尺寸提高强度 尽可能缩小B尺寸 图2 2 4 电气联接要可靠 就传感器内部而言 由敏感元件 补偿元件等形成的焊点多达几十个 作为传感器生产厂家 应从工艺上设法保证每一处焊点的可靠性 如果有虚假焊存在 则是致命的故障 通过强有力的自检 互检制度和老化检测等手段可以减少这类不良的产生概率 如果传感器内部电气联接完好 则导线是传感器的生命线 长期工作在相对恶劣的环境下 其耐老化 绝缘特性是必须考虑的因素 另外在安装和使用中必须考虑对导线的防护 严防挤压 夹砸 扭曲 冲拉等 基础设计与施工 电子汽车衡基础分为有基坑与无基坑两种结构 根据场地的大小进行选择 选择场地时须注意以下几点 a 为不影响称重传感器的密封性能 选择场地应避开水道 汽车衡不能长期淹如水中 b 避开高压设备 远离磁场干扰 c 司磅房位置的选择 司磅房的称重设备不能离汽车衡太远或太近 首先要考虑到司机与司磅员的方便 d 要保证基础各承载点有较好的承载能力 各承载点所承受的力应大于最大称量 Max 所施加的力 e 基础排水通风设施 排水孔应设置在基础的周围 基础平面坡度2 0 基础中间高出两边2厘米 f 无基坑电子汽车衡引坡设计 引坡长度为1 2汽车衡台面总长度 要有良好的限位装置和过载保护装置 限位的必要性和重要性 为了达到精确称量的目的 传力机构一般设计为活络的 而实际使用中总是存在一定的横向冲击力 又要求能快速获得读数 尽量缩短示值稳定时间 即要求秤台是近平于固定的 像料斗秤 容器秤等是过程中的工艺设备 要求秤体必须是稳定不动的 有了限位才能实现这一要求 据某次试验测试 当重载车辆进入秤台及在秤台上刹车时 产生的水平冲击力是较大的 对于16 3m的汽车衡 刹车时会产生近30t的水平冲击力 火车在光滑铁轨上行驶时的水平冲力也有4t 一般来说 水平方向的干扰力没有确定的方向 而且更大成分是倾翻力矩和旋转力矩 所以设计水平限位十分必要和重要 限位器的结构形式和技术要求 对于不同状况下使用的限位器应采用不同的结构型式 因此也就有不同的技术要求 一般要求限位柱有足够的强度 能承受很大的水平冲击力 并与固定体之间保持2 3mm间隔 以保证限位器不产生计量力值的旁路 对于大台面的电子汽车衡 轨道衡等不允许秤台来回左右晃动的电子衡器 把水平限位器设置在秤台四角或中间位置 因为秤台的热胀冷缩会把很小的限位间隙卡死 所以要求限位必须是内装置 如图2 2 5 图2 2 5 5 电子衡器的四角平衡调整概述 在电子衡器的安装调试中 按照JJG539 97数字指示秤检定规程的要求 要对秤体上安装称重传感器的四点 或以上 进行偏载试验 因此对秤的四角平衡的调校是一项首要的任务 所谓四角平衡 是指秤的四角的位置上 实际上是安装称重传感器的位置 放置1 3的额定载荷 调整秤体上的四只或四只以上称重传感器输出信号 使仪表显示数值相近或相等 即人们俗称四角平衡 调整四角平衡的方法有两种 一种是在称重传感器输出端并接调整电阻法 另一种是在称重传感器输入端串接调整电阻法 这两种方法最终目的都是要调整称重传感器输出值的大小 电子衡器四角平衡的调试方法 调信号型的原理图 图2 4 1 在称重传感器输出端并接调整电阻法具体调整电路如图2 4 1所示 以四只传感器为例 图中的Rg是串联在称重传感器输出臂上的隔离电阻 该电阻值的设计原则是 要求大于桥臂电阻的10倍 桥臂电阻为350 这里Rg的阻值为2 2 5K 5K 目的是减少各称重传感器并联后的环流 图中的Rt是输出电压调节电阻 调节阻值范围是10K 210K 调节输出电压的原理是在输出桥臂中产生一个分流 从而调节称重传感器的输出电压 这种方法调整电压范围较小 当称重传感器总输出为15mV 衡器的分度数n 5000时 最大能调节 5个分度 当称重传感器灵敏度偏差较大时 对于调试经验不足者 往往很不容易调到四角平衡 后来 在调试实践中掌握一些技巧 首先将Rt1调到位置中间 秤台要经过重车碾压 机械系统稳定的条件下 用检衡车压角时 要记录各角的最大值和最小值 而后相加取平均值 调整每个称重传感器的Rt2 使其向平均值 靠拢 这样经过三个周期的压角调试再重新标定 一般可以调到四角平衡 初调者往往是将最小值向最大调整 或是将最大值向最小调整 这样其中的某只称重传感器的Rt2一旦调到靠近Rt1的一端 再调其它的称重传感器的Rt2就不大起作用了 这是调试失败的主要原因 总之 采用并联电阻调整法 机械台面调整必须比较理想 使秤在空载时 各称重传感器受力均匀 各称重传感器的灵敏度误差在0 1 以内 经过一番细心调整 是可以调到数字指示秤检定规程中要求的技术指标 调激励电压型的原理图 图2 4 2 具体的调整电路如图2 4 2所示 以四只传感器为例 这种调整称重传感器输出电压的原理是通过调节串接在输入桥臂上的电阻与桥臂产生分压 如图2中的Rt调整数值较大时 输入桥臂分得的电压较低 称重传感器输出电压就相应降低 当Rt调节值较小时 Rt上分压值较少 而输入桥臂上分得的电压较高 从而使称重传感器输出电压相应升高 这种方法电阻调节范围约在15 左右 输入桥臂电阻通常为390 当调节电阻调到中间位置时 可分压 1 6 当衡器分度数为5000时 则可调整80个分度 采用在称重传感器输入端串接调整电阻法 调整输出电压变化范围很宽 只要机械台面稳定 即使各称重传感器灵敏度不一致或受力分配不甚均匀的情况下 仍能很方便的调到四角平衡 但如果各传感器灵敏度的一致性都保持在0 1 F S以内 则应选用输出端并接电阻调整法是合理的 特别说明 当选用输入端串接调整电阻法时 其电位器须有较高的稳定性和低温漂特性 且调节圈数应大于20圈 优选进口产品 如果各传感器的灵敏度一致性在0 1 F S以内 选用该种原理的接线盒调整 往往容易将因安装原因产生的角差误以为是输出不一致产生的角差来调整 会出现偏载砝码的量程下调准确了 但一旦加载大于或小于偏载砝码的量值时 均会产生较大的误差 导致调试失败 传感器与衡器的接地技术 传感器传输电缆屏蔽网 一般都与二次仪表内屏蔽器件的接地线一起接到接地桩头上 下述情况 传感器外壳必须自行接地 传感器安装设备上同时安装有频繁启动的大功率电机 工作时的外壳电位的波动会通过分布电容耦合到传感器桥路中去 使传感器输出信号线上产生噪声 导致称重数据跳动不稳 动态物流介质彼此间的摩擦而产生静电 积聚的结果会产生极高的电位 通过传感器放电时烧坏传感器 故传感器必须有单独的接地系统 如图2 5 1如 润滑油从6m高处泻入容器会产生10mm长的火花放电 乙炔从钢瓶口喷出 可积聚8KV的电压 煤粉以2 5m s速度在钢管中流动会产生7 5KV的静电电压 图2 5 1 雷击引起的大电流回流入地时 设计如图示的回流电缆 图2 5 2 注 铜丝或细铜带编织总截面积 16mm2 流散电阻 5 秤台维护1 秤台四周间隙内不得卡有石子 煤块等异物 2 经常检查限位间隙是否合理 限位螺栓与秤体不应碰撞接触 3 连接件每半年进行一次保养 支承头部涂上黄油 4 禁止在秤台上进行电弧焊作业 若必须在秤台进行电弧焊作业 请注意下列几点 断开信号电缆与称重显示控制器的连接 电弧焊的地线必须设置在被焊部位附近 并牢固接触在秤体上 切不可以使用传感器成为电弧焊回路的一部分 称重显示控制器保养1 经常检查各接线是否松动 折断 接地线是否牢靠 2 称重显示控制器长期不用时 如一个月以上 应根据环境条件进行通电检查 以免受潮或其它不良气体侵蚀影响可靠性 3 称重显示控制器避免靠近热源 振动源 4 使用环境中不应有易燃易爆气体或粉尘 5 在称重显示控制器的同一相线上不得接感性负载 如门铃等 6 称重显示控制器长期不用 更换保险丝 移动位置或清除灰尘等情况时 务必切断电源 7 称重显示控制器如发生故障时应迅速断电 然后通知专业部门及人员进行检查整理 用户不得随意拆开机箱 更不得随意更换内部零件 8 司磅人员和仪表维修人员均需通过专门培训才能从事操作和维修 更换传感器1 打开传感器 损坏的 上方盖板 用千斤顶顶起秤台 取下传感器地线 2 打开接线盒 将损坏的传感器电缆线与接线盒解脱 在传感器端抽出电缆线 注意 在抽线时 附上一根引线穿过秤体 以便在更换新传感器时 便电缆线穿越秤体进入接线盒 3 参照上述第二项的方法 将传感器电缆线穿越秤体进入接线盒 4 按照接线图将电缆线各芯线固定在接线盒对应的接线柱上 5 松开千斤顶 放平秤台 盖上盖板 6 更换传感器后 须对汽车衡重新设定和校正 7 传感器安装完后 其多余电缆线应扎成捆放置 不得直接放置在基础地面上 8 为保证传感器的一致性和互换性 传感器电缆线不得随意截断 9 安装和拆卸过程中 不得出现划伤 磕碰传感器现象 并要保护好电缆线 系统维护1 衡器安装后 应妥善保存说明书 合格证 安装图等资料 并经当地计量部门或国家认可的计量部门检定合格后 方可投入使用 2 系统加电前 必须检查电源的接地装置是否可靠 下班停机后 必须切断电源 3 衡器使用前应检查秤体是否灵活 各配套部件的性能是否良好 4 称重显示控制器须先开机预热 一般为30分钟左右 5 为保证系统计量准确 应有防雷击设施 衡器附近电焊作业时 严禁借秤台作零线接地用 以防损坏电器元件 6 对于安装在野外的地中衡 应定期检查基坑内的排水装置 避免堵塞 7 要保持接线盒内干燥 一旦接线盒内有湿空气和水滴浸入 可用电吹风吹干 8 为保证衡器正常计量 应定期对其进行校准 9 吊装计量重物时 不应有冲击现象 计量车载重物时 不应超过系统的额定秤量 10 汽车衡轴载与传感器容量 传感器支点距离等因素有关 一般汽车衡禁止接近最大秤量的铲车之类的短轴距车辆过衡 11 司磅操作人员和仪表维护人员均需熟读说明书及有关技术文件才能上岗操作 称重传感器的选用环境适应性选择 用于称重系统中的传感器 一般都要长期工作在各种复杂的环境中 经受温度 湿度 粉尘 腐蚀等的考验 故必须事先对传感器密封型式做出较合理的选择 应考虑以下几点 1 高温环境对传感器造成密封材料及焊点熔化 弹性体和应变计内应力发生结构变化等问题 对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器 另外 苛刻的场合还须加有隔热 水冷或风冷等装置 2 粉尘 湿热对传感器造成较大的影响 在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器 不同的传感器其密封的方式是不同的 其密闭性存在着很大差异 常见的密封有密封胶充填或涂覆 橡胶垫机械紧固密封 焊接 激光焊接 氩弧焊 等离子焊等 和抽真空充氮密封 3 从密封效果来看 焊接密封为最佳 充填密封胶为较差 对于室内干净 干燥环境下工作的传感器 可选择充填密封胶密封的传感器 而对于一些在潮湿 粉尘性较高的环境下工作的传感器 应选择膜片热套密封或膜片焊接密封 抽真空充氮的传感器 4 在腐蚀性较高的环境下 如潮湿 酸性对传感器造成弹性体和附件受损 腐蚀等影响 应选择外表面进行过喷塑或不锈钢弹性体及不锈钢外罩 抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器 5 电磁场对传感器输出信号干扰的影响 在此情况下 应对传感器的屏蔽性进行严格检查 看其是否具有良好的抗电磁干扰能力 6 易燃 易爆不仅对传感器造成彻底性的损害 而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁 因此 在易燃 易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求 故必须选用防爆传感器 这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性 还要考虑到防爆强度 以及电缆线引出头的防水 防潮 防爆性等 传感器数量和量程的选择 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 支撑点数应根据使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 但是对于一些特殊的秤体 如电子吊钩秤就只能采用一个传感器 一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值 选用传感器的个数 秤体的自重 可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定 理论上说 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 但在实际使用时 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 因此选用传感器量程时 要考虑诸多方面的因素 保证传感器的安全和寿命 例如 一台30t电子汽车衡 最大称量Wmax是30t 秤体自重W为1 9t 设计采用四只QS A型传感器 根据当时的实际情况 选取保险系数K0 1 25 冲击系数K1 1 2 重心偏移系数K2 1 03 风压系数K3 1 02 试确定传感器的量程 解 根据传感器量程计算公式 C K0K1K2K3 Wmax W N可知 C 1 25 1 2 1 03 1 02 30 1 9 4 12 57t因此 可选用量程为15t的传感器 QS A型传感器的量程一般只有10t 15t 20t 25t 30t 40t 50t等 除非特殊订做 根据经验 一般应使传感器工作在其30 70 量程内 但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器 如动态轨道衡 动态汽车衡 钢材秤等 在选用传感器时 一般要扩大其量程 使传感器工作在其量程的20 40 之内 使传感器的称量储备量增大 以保证传感器的使用安全和寿命 避免超载 偏载测试 1 同一砝码在不同位置的示值 其误差应不大于该秤量的最大允许误差 2 对于承载器的支承点的个数N 4的秤 在每个支承点上施加砝码约等于秤量与最大添加皮重量之和的1 3 3 于承载器的支承点的个数N 4的秤 在每个支承点上施加砝码约等于最大秤量与最大添加皮重量之和的1 N 1 4 对于承受偏载量较小的承载器 如料斗秤等 的秤 在每个支承点上施加砝码约等于最大秤量与最大添加皮重量之和的1 10 5 对于称量滚动载荷的秤 例如 轨道衡 轨道悬挂式秤 应在承载器的不同位置上施加标准质量滚动载荷 其载荷约等于通常最重且最集中的滚动载荷 但应不大于最大秤量与最大添加皮重量之和的0 8 6 偏载砝码摆放的位置 如图5 1 1 图5 1 1 误差计算公式 E I d 2 L L当I L时化简为E d 2 L其中 I 仪表显示值 kg d 分度值 kg L 加载感量砝码值 kg L 加载砝码值 kg 衡器公司内控检定允许误差如下表 允许误差表 必须检定的项目 仪表的检定 称重显示控制器检定最大允许误差如下表 传感器及衡器常见故障分析显示漂移 显示重量不准确 出现正超载或负超载 开机无自检 仪表开机及卸载后不回零 常见故障分析 容器秤的设计应用 传感器的选择1 对容器中传感器的选择有一定的要求 用其好坏将直接影响一台容器的使用寿命与准确度 根据现场使用环境的选择 如 防腐 防爆 高温场合 等 例如 在化工行业中 电子容器中称量腐蚀性较强的液体 应选用防腐蚀密封等级较高的传感器 2 量程的选择可根据下列公式选定 C K0K1K2K3 Wmax W NC 单个传感器的额定量程 W 秤体自重 Wmax 被称物体净重的最大值 N 秤体所采用支撑点的数量 K0 保险系数 一般取值在1 2 1 3之间 K1 冲击系数 K1值是根据以下使用条件确定的 a 当N个传感器均匀受载 且在无振动 无冲击条件下工作时 K1 1 1 1 3 b 当偶尔有冲击振动的情况时 K1 1 3 1 5 罐装称重容器的设计应用 容器与管道的连接 容器与管道连接有多种方式 参考图 2 1 统称为软连接 可根据用户现场的使用状况设计不同的软连方式 1 A图为柔性软管连接 2 B图为U型性软管连接 3 C图为波纹管连接 4 DE图为套管连接 为了保证电子容器称重的准确度 必须根据管道内输送物质的化学特性 选择不同的软连方式 A B C 图用于非挥发性液体 D E 图用于挥发