KC04040206-m04学习辅导-称重传感器的选型要求.

1、传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第1页/共8页称重传感器的选型要求称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力 -电转换装置，是电子衡器 的一个关键部件。能够实现力-电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电 容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡 器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单， 准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。 因此电阻应变式称重 传感器在衡器中得到了广泛地运用。电阻应变式称重传感器主要是由弹性体、电阻应变片和补偿电路组成。弹性 体是称重传感器的受力元件，由优质合金钢或优质铝

2、型材制成。电阻应变片是由 金属箔材腐蚀成栅格形制成，四个电阻应变片以电桥的结构方式粘在弹性体上。 在没有受力的情况下，电桥的四只电阻的阻值是相等的， 电桥处于平衡状态，输 出为零。在弹性体受力发生变形时，电阻应变片也跟着一道变形。在弹性体受力 弯曲的过程中，有两个应变片受拉，金属丝变长，电阻值增加；另两片受压，电 阻值减小。这样就导致原来平衡的电桥失衡，在电桥的两端产生了电压差，这个 电压差与弹性体受力的大小成正比， 检测这个电压差，就可以得到传感器所受重 力的大小，这个电压信号经过仪表检测后然计算后，就可以得到相应的重量值。为了适用各种衡器结构的安装需要，称重传感器做成了各种各样的结构形 式

3、，传感器的名称往往也按照其外形称呼。如桥式传感器（主要用于汽车衡）、传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第2页/共8页悬臂梁式（地上衡、料斗秤、汽车衡）、柱式（汽车衡、料斗秤）、箱式（台秤）、S 型（料斗秤）等。一种衡器承载体往往有多种结构形式的传感器可供选择，如 果传感器选择得当，对于衡器性能的提高是很有帮助的。电阻应变式称重传感器的规格很多，小到几百克大到几百吨。在选择称重传感器量程的时候，要根据所用衡器的最大秤量来确定，其经验公式为：传感器总载荷（单个传感器的最大允许载荷 X 传感器个数）=112213 衡 器的最大秤量。称重传感器准确度等级分为 A，B，C，D 四个级别。不

4、同级别有不同的误差范围。A 级传感器的要求最高。等级后面的数字表示检定分度值，数字越大， 传感器质量越好。例如：C2 表示 C 级，2000 个检定分度值；C5 表示 C 级, 5000 个检定分度值。显然 C5 要高于 C2。传感器常用的级别为 C3，C5 级， 这两种级别的传感器可用于制作准确度等级为 III 级的电子衡器。称重传感器的误差主要是由非线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零 点温度附加误差以及额定输出温度附加误差等引起的。近年出现的数字传感器，把 A/D 转换电路和 CPU 电路放到了传感器里面， 传感器输出的就不再是模拟电压信号， 而是经过处理的重量数字信号，这样做带 来

5、了以下几个优点：1 仪表可以分别采集每个数字传感器的信号，并通过线性方程式运算，对传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第3页/共8页每一个传感器进行单独标定，这就使得一次性完成四角误差修正成为可能。 而使用模拟式传感器的衡器中最头疼的问题就是四角误差修正，往往要反复多次地调校才能达到要求，而每一次调校都是要将沉重的砝码搬来搬去，既费时又费力。2 由于仪表可以检测到每一个传感器的信号，所以任何一个传感器出现问题都可以从仪表上观察到，方便检修和维护工作。3 数字传感器用 485 接口传送数字信号，传输距离远，且可以免受干扰。克服了模拟信号远传困难和易受到干扰的问题。4 数字传感器内部可

6、以通过微处理器对传感器的各项误差进行修正，使得输出的传感器数据更加准确。称重传感器被喻为电子衡器的神经系统，它的性能在很大程度上决定了电子衡器 的准确度和稳定性。在设计电子衡器时，经常要遇到如何选用传感器的问题。 称 重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。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。环境给传感器造成的影响主要有以下几个方面：(1 )高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生 结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用

7、耐高温传感器；另外，必传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第4页/共8页须加有隔热、水冷或气冷等装置。（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。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（氩弧焊、 等离子束焊）和抽真空充氮密封。从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为量差。对于室内干净、 干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，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。（3 ）在腐蚀性较高

8、的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产 生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩， 抗腐蚀性能好且密闭性 好的传感器。（4 ）电磁场对传感器输出紊乱信号的影响。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能力。（5）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：在易燃、易爆环境下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。其次对传感器数量和量程的选择：传感器及应用学习

9、辅导物联网应用技术专业教学资源库第5页/共8页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。一般来说，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

10、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。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。公式如下：C= K-0K-1K-2K-3(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； K-0 保险系数， 一般取值在 1.21.3 之 间人； K-1 冲击系数；K-2 秤体的重心偏移系数；K-3 风压系数。传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第6页/共8页例如：一台 30t 电子汽车衡，最大称量是 30t，秤体自重为 1.9t，米用四 只传

11、感器，根据当时的实际情况，选取保险系数 K-0 = 1.25 ,冲击系数 K-1 = 1.18 , 重心偏移系数 K-2 = 1.03，风压系数 K-3=1.02，试确定传感器的吨位。解：根据传感器量程计算公式：C= K-0K-1K-2K-3(Wmax + W) /N可知：C= 1.25X1.18X1.03X1302X9) /4 = 12.36t因此，可选用量程为 15t 的传感器(传感器的吨位一般只有 10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t 等，除非特殊订做)。根据经验，一般应使称重传感器工作在其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

12、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%30%之内，使传感器的称量储备量增大，以保证称重传感器的使用安全和寿命。再次，要考虑各种类型传感器的适用范围。传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑厂家的建议。厂家一般会根据传感器的受力情况、 性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点规定传感器的适用范围，譬如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用 于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、天 车秤等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗

13、秤等。最后，还要对传感器准确度等级进行选择。传感器及应用学习辅导物联网应用技术专业教学资源库第7页/共8页传感器的准确度等级包括传感器的非线形、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候，不要单纯追求高等级的传感器，而既要考虑满足电子秤的准确度要求，又要考虑其成本。对传感器等级的选择必须满足下列两个条件：1.满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对称重传感器的输出信号经过放大、A/D 转换等处理之后显示称量结果的。因此，称重传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入情号大小，即将称重传感器的输出灵敏度代入传感器和仪表的匹配公式，计算结须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。称重传感器和仪表的匹配公式：称重传感器输出灵敏度*激励电源电压*秤的最大称量秤的分度数*传感器的个数*传感器量程例如：一称量为 25kg 的定量包装秤，最大分度数为 1000 个分度；秤体采用 3 只 L BE 25 型传感器，量程为 25kg，灵敏度为 2.0 0.008mV V，拱桥电压力 12V ;秤采用 AD4325 仪表。问采用的传感器能否与仪表匹配。解：经查阅，AD4325 仪表的输入灵敏度为 0.6凶/d，因此根据称重传感器和仪表的匹配公式可得仪表的实际输入信号为：2X12X25 / 1000X3X25 :8 pV/d 0.6 pv/d所以，采用的称重传感器满足仪表输入灵