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如何選用稱重傳感器
2014-12-01
稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境這點(diǎn)對(duì)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。
環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個(gè)方面：
（1）高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料熔化、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。對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。
（2）粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器其密封的方式是不同的其密閉性存在著很大差異。
常見(jiàn)的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。
從密封效果來(lái)看，焊接密封為最佳充填涂覆密封膠為量差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器可選擇涂膠密封的傳感器而對(duì)于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器應(yīng)選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。
（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下如潮濕、酸性對(duì)傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過(guò)噴塑或不銹鋼外罩抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。
（4）電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出紊亂信號(hào)的影響。在此情況下應(yīng)對(duì)傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查看其是否具有良好的抗電磁能力。
（5）易燃、易爆不僅對(duì)傳感器造成徹底性的損害而且還給其它設(shè)備和人身安全造成很大的威脅。因此在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防爆傳感器這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性還要考慮到防爆強(qiáng)度，數(shù)字式超聲波探傷儀以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。
其次對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇。
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)使秤體幾何重心和實(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)就選用幾只傳感器但是對(duì)于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個(gè)傳感器一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)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(dòng)沖擊等載荷因此選用傳感器量程時(shí)要考慮諸多方面的因素保證傳感器的安全和壽命。
傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K-0—保險(xiǎn)系數(shù)一般取值在1.2～1.3之間人；K-1—沖擊系數(shù)；K-2—秤體的重心偏移系數(shù)；K-3—風(fēng)壓系數(shù)。
例如：一臺(tái)30t電子汽車衡最大稱量是30t秤體自重為1.9t采用四只傳感器根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況選取保險(xiǎn)系數(shù)K-0＝1.25沖擊系數(shù)K-1＝1.18重心偏移系數(shù)K-2—＝1.03風(fēng)壓系數(shù)K-3＝1.02試確定傳感器的噸位。
解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
可知：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4
＝12.36t
因此可選用量程為15t的傳感器（傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等除非特殊訂做）。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等在選用傳感器時(shí)一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大以保證傳感器的使用安全和壽命。
再次要考慮各種類型傳感器的適用范圍。
傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間保證安裝合適稱量安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
最后還要對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行選擇。
傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時(shí)候不要單純追求高等級(jí)的傳感器而既要考慮滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求又要考慮其成本。
對(duì)傳感器等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件：
1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入情號(hào)大小即將傳感器的輸出靈敏度代人傳感器和儀表的匹配公式計(jì)算結(jié)果必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。
傳感器和儀表的匹配公式：
傳感器輸出靈敏度*激勵(lì)電源電壓*秤的最大稱量
秤的分度數(shù)*傳感器的個(gè)數(shù)*傳感器量程
例如：一稱量為25kg的定量包裝秤最大分度數(shù)為1000個(gè)分度；秤體采用3只L—BE—25型傳感器量程為25kg靈敏度為2.0±0.008mV／V拱橋電壓力12V；秤采用AD4325儀表。問(wèn)采用的傳感器能否與儀表匹配。
解：經(jīng)查閱AD4325儀表的輸入靈敏度為0.6μV／d因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的實(shí)際輸入信號(hào)為：
2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d
所以采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求能夠與所選儀表匹配。
2.滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求因此要從各方面提高要求又要考慮經(jīng)濟(jì)效益確保達(dá)到目的。
環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個(gè)方面：
（1）高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料熔化、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。對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。
（2）粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器其密封的方式是不同的其密閉性存在著很大差異。
常見(jiàn)的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。
從密封效果來(lái)看，焊接密封為最佳充填涂覆密封膠為量差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器可選擇涂膠密封的傳感器而對(duì)于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器應(yīng)選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。
（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下如潮濕、酸性對(duì)傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過(guò)噴塑或不銹鋼外罩抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。
（4）電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出紊亂信號(hào)的影響。在此情況下應(yīng)對(duì)傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查看其是否具有良好的抗電磁能力。
（5）易燃、易爆不僅對(duì)傳感器造成徹底性的損害而且還給其它設(shè)備和人身安全造成很大的威脅。因此在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防爆傳感器這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性還要考慮到防爆強(qiáng)度，數(shù)字式超聲波探傷儀以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。
其次對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇。
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)使秤體幾何重心和實(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)就選用幾只傳感器但是對(duì)于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個(gè)傳感器一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)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(dòng)沖擊等載荷因此選用傳感器量程時(shí)要考慮諸多方面的因素保證傳感器的安全和壽命。
傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K-0—保險(xiǎn)系數(shù)一般取值在1.2～1.3之間人；K-1—沖擊系數(shù)；K-2—秤體的重心偏移系數(shù)；K-3—風(fēng)壓系數(shù)。
例如：一臺(tái)30t電子汽車衡最大稱量是30t秤體自重為1.9t采用四只傳感器根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況選取保險(xiǎn)系數(shù)K-0＝1.25沖擊系數(shù)K-1＝1.18重心偏移系數(shù)K-2—＝1.03風(fēng)壓系數(shù)K-3＝1.02試確定傳感器的噸位。
解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：
C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N
可知：
C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4
＝12.36t
因此可選用量程為15t的傳感器（傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等除非特殊訂做）。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等在選用傳感器時(shí)一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大以保證傳感器的使用安全和壽命。
再次要考慮各種類型傳感器的適用范圍。
傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間保證安裝合適稱量安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
最后還要對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行選擇。
傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時(shí)候不要單純追求高等級(jí)的傳感器而既要考慮滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求又要考慮其成本。
對(duì)傳感器等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件：
1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入情號(hào)大小即將傳感器的輸出靈敏度代人傳感器和儀表的匹配公式計(jì)算結(jié)果必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。
傳感器和儀表的匹配公式：
傳感器輸出靈敏度*激勵(lì)電源電壓*秤的最大稱量
秤的分度數(shù)*傳感器的個(gè)數(shù)*傳感器量程
例如：一稱量為25kg的定量包裝秤最大分度數(shù)為1000個(gè)分度；秤體采用3只L—BE—25型傳感器量程為25kg靈敏度為2.0±0.008mV／V拱橋電壓力12V；秤采用AD4325儀表。問(wèn)采用的傳感器能否與儀表匹配。
解：經(jīng)查閱AD4325儀表的輸入靈敏度為0.6μV／d因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的實(shí)際輸入信號(hào)為：
2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d
所以采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求能夠與所選儀表匹配。
2.滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求因此要從各方面提高要求又要考慮經(jīng)濟(jì)效益確保達(dá)到目的。
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