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    電子秤稱重傳感器的選擇要領及其故障判斷方法

    本文敘述電子秤稱重傳感器的分類及工作原理,類型選擇及注意事項,安裝數量和量程的選擇,準確度等級的選擇要求,以及電子秤稱重傳感器故障的判斷方法。
    一、概述
    目前,我國電子秤種類繁多,可以根據技術外觀用途等進行分類,按用途可分為:商用零售秤,貿易或工業用電子臺秤、電子吊鉤、連續累計秤、非連續累計秤、定量包裝秤、檢驗秤等。電子秤基本組成有稱重傳力機械、稱重傳感器、測量顯示裝置、供橋電源等組成,其中一個最重要的部件就是稱重傳感器,稱重傳感器被喻為電子秤的心臟,它的性能在很大程度上決定了電子秤的準確度和穩定性。
    二、電子秤稱重傳感器的分類及工作原理
    電子秤稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類,其中以電阻應變式使用最廣。其原理是利用半導體壓阻效應制造的一種新型的傳感器,其基片可直接作為測量傳感元件,擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時,各電阻值將發生變化,電橋就會產生相應的不平衡輸出。它具有制造方便,成本低廉等特點,但由于半導體材料對溫度極為敏感,所以其性能受溫度影響較大,產品的一致性較差。
    三、電子秤稱重傳感器類型的選擇及注意事項
    選用電子秤稱重傳感器,首先要考慮的是電子秤傳感器使用的實際工作環境,這對能否正確選用電子秤傳感器具有至關重要的作用,它關系到電子秤傳感器能否正??煽堪踩\行,以及電子秤傳感器的使用壽命。因此,根據不同的使用環境選擇不同類型的電子秤傳感器。
    電子秤傳感器類型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,此外要充分聽從生產制造廠家的意見和建議。一般而言,廠家會根據傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質等特點規定傳感器的適用范圍。如:柱式傳感器適用于電子秤、動態軌道衡、大噸位料斗秤等;鋁式懸臂梁傳感器適用于計價秤、平臺秤、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;鋼質橋式傳感器適用于軌道衡、地磅、天車秤等。具體有如下幾點注意事項:
    1.高溫環境工作場所傳感器選擇
    高溫環境對電子秤傳感器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內應力發生結構變化等問題。因此對于高溫環境下工作的傳感器,應采用耐高溫電子秤傳感器。
    2.電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響
    在此情況下,應對電子秤傳感器的屏蔽性進行嚴格檢查,看其是否具有良好的抗電磁能力。
    3.潮濕粉塵場所傳感器選擇
    在潮濕粉塵等環境條件下應選用密閉性能良好的傳感器,以免造成電子秤傳感器短路。不同的電子秤傳感器其密封的方式不同,其密閉性存在著很大差異。常見的密封有密封膠充填或涂覆;橡膠墊機械緊固密封;焊接(氬弧焊、等離子束焊)和抽真空充氮密封。從密封效果來看,焊接密封為最佳,充填涂覆密封膠為最差。對于室內干凈、干燥環境下工作的傳感器,可選擇涂膠密封的傳感器,而對于一些在潮濕粉塵性較高的環境下工作的傳感器,應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的地磅傳感器。
    4. 腐蝕性強的場所傳感器選擇
    如酸性、堿性對電子秤傳感器造成彈性體受損或產生短路等影響,應選擇外表面進行過噴塑或不銹鋼外罩,抗腐蝕性能好且密閉性好的地磅傳感器。
    5.易燃易爆場所傳感器選擇
    在易燃易爆環境下工作的傳感器對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,還要考慮到防爆強度,以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。
    四、電子秤稱重傳感器安裝數量和量程的選擇
    電子秤傳感器數量的選擇,可以根據地磅的用途、秤體需要支撐的點數進行確定。而支撐點數應根據使秤體幾何重心和實際重心重合的原則進行確定。通常,秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器,但對于特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個傳感器,而機電結合秤就應根據實際情況來確定選用傳感器的個數。
    電子秤傳感器量程的選擇可依據秤的最大稱量值、選用地磅傳感器的個數、秤體的自重、可能產生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。通常,電子秤傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷,其稱量的準確度就越高。但實際使用時,由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外,還存在如秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷。因此,選用電子秤傳感器量程時,要考慮多方面的綜合因素,以保證電子秤傳感器的安全和壽命。
    電子秤傳感器量程的計算。在充分考慮到影響秤體的各個因素后,經過大量的實驗而確定的。應遵循如下計算公式:
    C=K.0×K.1×K.2×K.3×(WMAX+W)/N
    其中:C—單個傳感器的額定量程;
    W—秤體自重;
    WMAX—被稱物體的最大值;
    N—秤體所采用支撐點的數量(即傳感器數量);
    K.0—保險系數,一般取值在1.2~1.3之間;
    K.1—沖擊系數;
    K.2—秤體的重心偏移系數;
    K.3—風壓系數
    量程選擇舉例說明:例如一臺100t的地磅,最大秤量是100t,秤體自重為23t,采用8只傳感器,根據現場和使用情況,選取保險系數K.0=1.25,沖擊系數K.1=1.18,重心偏移系數K.2=1.03,風壓系數K.3=1.02,試確定單個傳感器的額定量程。
    解:根據傳感器量程計算公式:C=K.0×K.1×K.2×K.3×(WMAX+W)/N,可得:C=1.25×1.18×1.03×1.02×(100+23)/8=23.82t.
    因此,可根據所選傳感器系列中的量程檔級,選用23.82t上一檔級的傳感器即可.
    稱重傳感器工作范圍通常在其30%~70%量程內最好,但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的地磅,如動態軌道衡、動態地磅部分平臺秤等,在選用傳感器時,一般要擴大其量程,使傳感器工作范圍在其量程的20%~30%之內,使傳感器的稱量留有較大的裕量,以保證傳感器的使用安全和壽命.
    五、電子秤稱重傳感器準確度等級的選擇要求
    電子秤稱重傳感器的準確度等級包括電子秤傳感器的非線性、蠕變、滯后、重復性、靈敏度、零點溫度系數,靈敏度溫度系數等技術指標。對地磅傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件:
    1. 滿足稱重儀表輸入的要求
    稱重儀表是對傳感器的輸出信號經過放大、A/D轉換等處理之后顯示稱量結果的.
    因此,稱重傳感器的輸出信號必須大于或等于稱重儀表要求的輸入信號大小,即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和稱重儀表的匹配公式,計算結果必須大于或等于稱重儀表要求的輸入靈敏度.稱重傳感器和稱重儀表的匹配公式如下:
    (傳感器輸出靈敏度×傳感器激勵電壓×電子秤地磅的分度值)/(傳感器的個數×傳感器量程)。
    準確度等級舉例說明:一臺15t料斗秤,最大秤量15t,分度值為5KG,地磅采用3只10t傳感器,量程為10t,輸出靈敏度為2±0.1%MV/V,供橋電壓為8VDC;地磅選用PA8110A稱重儀表,采用的稱重傳感器能否與選用的稱重儀表匹配?
    解:PA8110A稱重儀表的輸出靈敏度為0.4UV/d,因此根據傳感器和儀表的匹配公式可得:稱重儀表的實際輸入信號為:
    (傳感器輸出靈敏度×傳感器激勵電壓×地磅分度值)/(傳感器的個數×傳感器量程)=(2×8×5)/(3×10×1000)=0.00266mV/d=2.66UV/d>0.4UV/d.
    答:因采用的傳感器滿足稱重儀表輸入靈敏度的要求,所以稱重傳感器能夠與所選稱重儀表匹配。
    2. 滿足整臺電子秤準確度的要求
    在對電子秤傳感器準確度選擇的時候,應使電子秤傳感器的準確度略高于理論計算值。這是因為,理論計算值往往受到客觀條件的限制,如秤體的強度稍差,儀表的性能不是很好、電子秤的工作環境比較惡劣等因素,都直接影響到地磅的準確度要求。故在選擇傳感器準確度等級時,要從上述多方面綜合。
    六、電子秤傳感器故障的判斷方法
    1. 電阻測量方法
    要判斷電子秤傳感器的好壞,就需要用儀器進行相應的測量。首先要了解電子秤傳感器的基本原理核計術參數。只要是應變片電橋式的傳感器大部分都是四線制的,有輸入電壓UI和輸出電壓UO,可見輸出和輸入都是一個電壓信號。輸入信號一般是一個恒壓電源,一般為5V~12V,通常用E+和E-表示,而輸出信號是一個MV/V的比例電壓信號,這個輸出信號是隨著傳感器所受壓力的變化而變化的。儀表需要采集的就是這個輸出信號,然后將其轉換成所需要的數字。
    2. 電子秤傳感器顏色和數量的區別
    各個廠家的電子秤傳感器基本原理基本都是一樣的,但是在電子秤傳感器線的顏色和數量方面卻不大相同。比如六線制的電子秤傳感器,兩根SENSE(反饋)線也都是接在傳感器的輸入信號E+和E-上的,因此可以忽略這兩根反饋線或將其合二為一(電源與輸入線并聯)。每根電纜線的顏色會表示線所起作用,這些會在傳感器的標簽或者說明書、技術手冊上有標識。國產的電子秤傳感器,大部分線序的電纜線的顏色定義為EX+紅,EX-黑,SIG+綠,SIG-白,也有傳感器顏色為EX+紅,EX-黑,SIG+綠,SIG-黃,還有定義是紅輸入(E+)藍反饋(+)白輸出S-)黃反饋(-)黑輸入(E-)綠輸出(S+)傳感器的輸入阻抗為402+6Ω,輸出阻抗為350+3Ω。常用到的傳感器的輸出阻抗為400Ω左右,而輸出阻抗為350Ω左右(統稱為350Ω傳感器)同時有些廠家的傳感器還有輸入阻抗為1066+10Ω,輸出阻抗為1000+10Ω的,這一類傳感器統稱為1kΩ低功耗傳感器。由此可見,電阻為400Ω左右的兩根線是傳感器的激勵(輸入端,E+和E-的電阻),這也是傳感器任意測量時兩根線之間最大的電阻,而兩根線輸出端電阻為350Ω左右的為輸出端。
    七、結束語
    稱重傳感器是電子秤一個最核心的感應部件,它的大小變化可決定著電子秤的性能和儀表顯示的數值。在選用稱重傳感器的時候,一定要根據運用場所和用途選擇合適的傳感器,切勿單純追求高等級的傳感器,而是既要考慮滿足電子秤的準確度要求,又要考慮其成本。因此,選擇性價比高傳感器必能為企業創造出更好的經濟價值。
     
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