稱重傳感器該如何選用、安裝、調(diào)試與維護？
一、前言
電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機體積小、應用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。電子秤的設計首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。
目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)正時間長，易損件多，維修困難，裝機容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高。而且目前市場上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。
二、稱重傳感器的定義與組成
1）定義 ： 它是一種力傳感器，通過把被測量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)化為另外一種被測量（電量）來測量質(zhì)量的力傳感器。稱重傳感器是電子衡器的重要組成部分，在使用稱重傳感器時，應考慮使用地點的重力加速度和浮力的影響。電子衡器應用稱重傳感器把被測物體的重量轉(zhuǎn)化成電量，然后通過響應的檢測儀表顯示物體的質(zhì)量。由此可見，稱重傳感器的性能好壞對電子衡器的性能是至關(guān)重要的。
2）組成：稱重傳感器一般由敏感元件、變換元件、測量元件等幾部分組成，有時加輔助電源。
敏感元件：直接感受被測量（質(zhì)量）并輸出與被測量功能有確定關(guān)系的其他量的元件。如電阻應變式稱重傳感器的彈性體，是將被測物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫?；電容式稱量傳感器的彈性體將被測的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰啤?/span>
變換元件：又稱傳感元件，是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y量的信號。如電阻應變式稱重傳感器的電阻應變計（或稱電阻應變片），將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電阻量的變化；電容式稱重傳感器的電容器，將彈性體的**轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。有時某些元件兼有敏感元件和變化元件兩者的功能。如壓電式稱重傳感器的壓電材料，在外載荷的作用下，在發(fā)生形變的同時輸出電量。
測量元件（測量電路）：將變換元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，為進一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。如電阻應變式稱重傳感器中的電橋電路，壓電稱重傳感器的電荷前置放大器。
輔助電源：為傳感器的電信號輸出提供能量。一般稱重傳感器均需要外接電源才能工作。因此，作為一個產(chǎn)品必須標明供電的要求，但不作為稱重傳感器的組成部分。有些傳感器，如磁電式速度傳感器，由于它輸出的能量較大，故不需要輔助電源也能正常工作。所以并非所有傳感器都需要有輔助電源。
三、 稱重傳感器的種類
稱重傳感器的種類較多，但根據(jù)變化工作原理來分，主要有電阻應變式、電容式、差動變動器式、壓磁式、壓電式、振頻式、陀螺式等。下面對幾種常用稱重傳感器進行簡要闡述：
1）電阻應變式與差動變壓器式傳感器
是將電阻應變計（電阻應變片）粘貼在彈性體上，當彈性體受外力（拉力或壓力）作用產(chǎn)生形變時，電阻應變計將該形變轉(zhuǎn)化成電量輸出，通過相應的測量儀表檢測出這個與外加重量成一定比例關(guān)系的電量，從而測出質(zhì)量。
2）電容式與差動變壓器式傳感器
是通過彈性體將物體質(zhì)量轉(zhuǎn)換成位移，從而引起電容和電感的改變，利用相應的測量儀表檢測出這個變化的電容量再換算成質(zhì)量。
3）壓磁式傳感器
是利用鐵磁物質(zhì)在外加質(zhì)量作用下，鐵磁材料的磁導系數(shù)和磁阻的改變，從而使繞在鐵心上的線圈阻抗變化，線圈阻抗的變化與質(zhì)量成一定比例關(guān)系，因此檢出線圈阻抗的變化，便可求得質(zhì)量。
4）壓電式傳感器
是利用某些晶體介質(zhì)在受一定方向外加質(zhì)量作用是，引起內(nèi)部正負電荷的相對轉(zhuǎn)移，從而使晶體兩端表面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與質(zhì)量成正比關(guān)系。
5）振頻式傳感器
金屬絲或金屬膜片的固有震動頻率的不緊與其幾何尺寸、密度、材料有關(guān)，而且還與內(nèi)部應力狀態(tài)。當它們的幾何尺寸、材料、密度一定時，外加的質(zhì)量可以改變它們的內(nèi)部應力，因而其振動頻率也就相應改變，利用振頻測量儀器測出頻率的變化量，即可求得質(zhì)量。
6）陀螺式傳感器
是利用陀螺式進動特征和力矩效應工作的，是近幾年來發(fā)展起來的一種新型的稱重傳感器，其特點是作用力方向上無位移，不存在靜平衡問題以及彈性應變中的儲能和恢復問題，因而無滯后，剛性大，線性好，響應快，分辨率高，穩(wěn)定性好，抗干擾能里強。由于是直接數(shù)字輸出，沒有數(shù)模轉(zhuǎn)換問題，因而陀螺式稱重傳感器引人注目。在上述稱重傳感器中，當前應用*為廣泛的稱重傳感器是電阻應變式稱重傳感器，因為這種傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，技術(shù)比較成熟，制作容易，準確度高，穩(wěn)定性好。
四、稱重傳感器的選型
根據(jù)經(jīng)濟和現(xiàn)實需要我們選擇電阻應變式稱重傳感器。
工作原理和組成：是基于金屬絲在受拉或受壓后產(chǎn)生彈性形變，其電阻值也隨之產(chǎn)生相應的變化這一物理特征實現(xiàn)的。
電阻應變片的主要技術(shù)特征
1）靈敏度
金屬絲的靈敏系數(shù)（K0）是表示金屬絲受力后，電阻的相對變化與軸向長度的變化之間的關(guān)系。當金屬絲制成應變片之后，應變片的靈敏度系數(shù)K就是一個新的量值了，而且K恒小于K0。這是由于除了膠基對力傳遞變形失真外，主要還存在有橫向效應，而且K還是溫度的函數(shù)，所以對K的主要要**穩(wěn)定性。
2 )向效應
粘貼在試件上的應變片，起敏感柵由許多條直線及圓角部分組成。當受到縱向應力之后，直線段的電阻將增加，圓角部分的電阻將減小，其綜合效應是使應變片的靈敏度下降，這種現(xiàn)象稱為應變片的橫向效應。在工程上采用箔式應變片可以減少橫向效應。
3）線性度
試件上的應變敏感元件，其電阻的相對變化ΔR/R理論上呈線性關(guān)系。實際上，當施加到試件上的力超過一定范圍時，就會出現(xiàn)非線性關(guān)系
4）機械滯后和熱滯后
當對貼有應變片的試件循環(huán)加載和卸載時，應變片ΔR/R與ΔL/L之間的特性曲線的不重合程度稱為機械滯后。把加載和卸載特征曲線的*大差異值稱為應變片的機械滯后值。它的物理意義是，保持外界條件不變，對試件循環(huán)加載、卸載過程中，對同一個載荷，應變片輸出的差值即為機械滯后值。
5）零漂和蠕變
在恒溫條件下，貼有應變片的試件不承受載荷，應變片的阻值隨時間變化的情況稱為應變片的零漂。在恒溫條件下，加到貼有應變片的試件上的載荷力恒定，應變片的應變輸出隨時間變化的情況稱為應變片的蠕變。
6）應變極限
粘貼在試件上的應變片所能測試的*大載荷力稱為應變極限。在恒溫條件下，緩慢均勻地施加載荷力，當應變片的輸出大于機械應變的10%時，就認為應變片已接近破壞狀態(tài)，此是的應變值就稱為應變極限。
7）電阻應變片的疲勞壽命
應變片粘貼到試件上之后，在應變極限之內(nèi)往復循環(huán)地施加載荷，應變片所能承受某一特定載荷作用的循環(huán)次數(shù)為應變片本身的尺寸等條件有關(guān)。使用中不允許電流的數(shù)值并注意相關(guān)的條件。
8）電阻應變片的容許電流
應變片接成橋路之后，當有電流通過時，將會產(chǎn)生熱量，可以使電阻應變片的溫度升高。當電流超過允許電流值時，可能造成應變片燒斷。顯然，允許電流與試件的尺寸，材料的導熱系數(shù)及應變片本身的尺寸等條件有關(guān)。使用中不允許超過允許電流的數(shù)值并注意相關(guān)條件。
9）電阻應變片的絕緣電阻
應變片的引線與試件之間的電阻值稱為絕緣電阻。他的數(shù)量級為兆歐級。
10）電阻應變片的動態(tài)響應特性
進行動態(tài)測量時，應變是以應變波的形式字材料中傳播（傳播速度與聲波相同），當應變波字應變片的敏感柵的軸向傳播時，將會產(chǎn)生延遲。當測量以正弦規(guī)律變化的載荷時，應變片反映的應變波形是線柵長度內(nèi)所感受變量的平均值，故所反映的波幅將低于實際應變數(shù)，而造成誤差。
五、結(jié)束語
衡器是所有計量器具中應用范圍*廣泛、品種數(shù)量*多的計量器具，它不僅僅與人們的生活密切相關(guān)，它已廣泛滲透到國民經(jīng)濟各個部門、各個行業(yè)中，對維護市場經(jīng)濟秩序和國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展起到了十分重要的作用。
公安機關(guān)備案號：
