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電子秤稱(chēng)重傳感器的選擇要領(lǐng)及其故障判斷方法

本文敘述電子秤稱(chēng)重傳感器的分類(lèi)及工作原理,類(lèi)型選擇及注意事項(xiàng),安裝數(shù)量和量程的選擇,準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇要求,以及電子秤稱(chēng)重傳感器故障的判斷方法。
一、概述
目前,我國(guó)電子秤種類(lèi)繁多,可以根據(jù)技術(shù)外觀用途等進(jìn)行分類(lèi),按用途可分為:商用零售秤,貿(mào)易或工業(yè)用電子臺(tái)秤、電子吊鉤、連續(xù)累計(jì)秤、非連續(xù)累計(jì)秤、定量包裝秤、檢驗(yàn)秤等。電子秤基本組成有稱(chēng)重傳力機(jī)械、稱(chēng)重傳感器、測(cè)量顯示裝置、供橋電源等組成,其中一個(gè)最重要的部件就是稱(chēng)重傳感器,稱(chēng)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(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
二、電子秤稱(chēng)重傳感器的分類(lèi)及工作原理
電子秤稱(chēng)重傳感器按轉(zhuǎn)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(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類(lèi),其中以電阻應(yīng)變式使用最廣。其原理是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制造的一種新型的傳感器,其基片可直接作為測(cè)量傳感元件,擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí),各電阻值將發(fā)生變化,電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。它具有制造方便,成本低廉等特點(diǎn),但由于半導(dǎo)體材料對(duì)溫度極為敏感,所以其性能受溫度影響較大,產(chǎn)品的一致性較差。
三、電子秤稱(chēng)重傳感器類(lèi)型的選擇及注意事項(xiàng)
選用電子秤稱(chēng)重傳感器,首先要考慮的是電子秤傳感器使用的實(shí)際工作環(huán)境,這對(duì)能否正確選用電子秤傳感器具有至關(guān)重要的作用,它關(guān)系到電子秤傳感器能否正??煽堪踩\(yùn)行,以及電子秤傳感器的使用壽命。因此,根據(jù)不同的使用環(huán)境選擇不同類(lèi)型的電子秤傳感器。
電子秤傳感器類(lèi)型的選擇主要取決于稱(chēng)量的類(lèi)型和安裝空間,保證安裝合適,稱(chēng)量安全可靠,此外要充分聽(tīng)從生產(chǎn)制造廠家的意見(jiàn)和建議。一般而言,廠家會(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)形式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍。如:柱式傳感器適用于電子秤、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等;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、地磅、天車(chē)秤等。具體有如下幾點(diǎn)注意事項(xiàng):
1.高溫環(huán)境工作場(chǎng)所傳感器選擇
高溫環(huán)境對(duì)電子秤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。因此對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器,應(yīng)采用耐高溫電子秤傳感器。
2.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)電子秤傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查,看其是否具有良好的抗電磁能力。
3.潮濕粉塵場(chǎng)所傳感器選擇
在潮濕粉塵等環(huán)境條件下應(yīng)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(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,充填涂覆密封膠為最差。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、抽真空充氮的地磅傳感器。
4. 腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)所傳感器選擇
如酸性、堿性對(duì)電子秤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地磅傳感器。
5.易燃易爆場(chǎng)所傳感器選擇
在易燃易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)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,以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。
四、電子秤稱(chēng)重傳感器安裝數(shù)量和量程的選擇
電子秤傳感器數(shù)量的選擇,可以根據(jù)地磅的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行確定。而支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則進(jìn)行確定。通常,秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器,但對(duì)于特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個(gè)傳感器,而機(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)。
電子秤傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱(chēng)量值、選用地磅傳感器的個(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。通常,電子秤傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷,其稱(chēng)量的準(zhǔn)確度就越高。但實(shí)際使用時(shí),由于加在傳感器上的載荷除被稱(chēng)物體外,還存在如秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷。因此,選用電子秤傳感器量程時(shí),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(jì)算。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。應(yīng)遵循如下計(jì)算公式:
C=K.0×K.1×K.2×K.3×(WMAX+W)/N
其中:C—單個(gè)傳感器的額定量程;
W—秤體自重;
WMAX—被稱(chēng)物體的最大值;
N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量(即傳感器數(shù)量);
K.0—保險(xiǎn)系數(shù),一般取值在1.2~1.3之間;
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)
量程選擇舉例說(shuō)明:例如一臺(tái)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)和使用情況,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,試確定單個(gè)傳感器的額定量程。
解:根據(jù)傳感器量程計(jì)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(jù)所選傳感器系列中的量程檔級(jí),選用23.82t上一檔級(jí)的傳感器即可.
稱(chēng)重傳感器工作范圍通常在其30%~70%量程內(nèi)最好,但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的地磅,如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)地磅部分平臺(tái)秤等,在選用傳感器時(shí),一般要擴(kuò)大其量程,使傳感器工作范圍在其量程的20%~30%之內(nèi),使傳感器的稱(chēng)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(chēng)重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇要求
電子秤稱(chēng)重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括電子秤傳感器的非線性、蠕變、滯后、重復(fù)性、靈敏度、零點(diǎn)溫度系數(shù),靈敏度溫度系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)。對(duì)地磅傳感器等級(jí)的選擇必須滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件:
1. 滿(mǎn)足稱(chēng)重儀表輸入的要求
稱(chēng)重儀表是對(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(chēng)量結(jié)果的.
因此,稱(chēng)重傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于稱(chēng)重儀表要求的輸入信號(hào)大小,即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和稱(chēng)重儀表的匹配公式,計(jì)算結(jié)果必須大于或等于稱(chēng)重儀表要求的輸入靈敏度.稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重儀表的匹配公式如下:
(傳感器輸出靈敏度×傳感器激勵(lì)電壓×電子秤地磅的分度值)/(傳感器的個(gè)數(shù)×傳感器量程)。
準(zhǔn)確度等級(jí)舉例說(shuō)明:一臺(tái)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(chēng)重儀表,采用的稱(chēng)重傳感器能否與選用的稱(chēng)重儀表匹配?
解:PA8110A稱(chēng)重儀表的輸出靈敏度為0.4UV/d,因此根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式可得:稱(chēng)重儀表的實(shí)際輸入信號(hào)為:
(傳感器輸出靈敏度×傳感器激勵(lì)電壓×地磅分度值)/(傳感器的個(gè)數(shù)×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(mǎn)足稱(chēng)重儀表輸入靈敏度的要求,所以稱(chēng)重傳感器能夠與所選稱(chēng)重儀表匹配。
2. 滿(mǎn)足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求
在對(duì)電子秤傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候,應(yīng)使電子秤傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值。這是因?yàn)?,理論?jì)算值往往受到客觀條件的限制,如秤體的強(qiáng)度稍差,儀表的性能不是很好、電子秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素,都直接影響到地磅的準(zhǔn)確度要求。故在選擇傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)時(shí),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(cè)量方法
要判斷電子秤傳感器的好壞,就需要用儀器進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。首先要了解電子秤傳感器的基本原理核計(jì)術(shù)參數(shù)。只要是應(yīng)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(jiàn)輸出和輸入都是一個(gè)電壓信號(hào)。輸入信號(hào)一般是一個(gè)恒壓電源,一般為5V~12V,通常用E+和E-表示,而輸出信號(hào)是一個(gè)MV/V的比例電壓信號(hào),這個(gè)輸出信號(hào)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(gè)輸出信號(hào),然后將其轉(zhuǎn)換成所需要的數(shù)字。
2. 電子秤傳感器顏色和數(shù)量的區(qū)別
各個(gè)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(shù)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(hào)E+和E-上的,因此可以忽略這兩根反饋線或?qū)⑵浜隙橐唬娫磁c輸入線并聯(lián))。每根電纜線的顏色會(huì)表示線所起作用,這些會(huì)在傳感器的標(biāo)簽或者說(shuō)明書(shū)、技術(shù)手冊(cè)上有標(biāo)識(shí)。國(guó)產(chǎn)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(lán)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(tǒng)稱(chēng)為350Ω傳感器)同時(shí)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(lèi)傳感器統(tǒng)稱(chēng)為1kΩ低功耗傳感器。由此可見(jiàn),電阻為400Ω左右的兩根線是傳感器的激勵(lì)(輸入端,E+和E-的電阻),這也是傳感器任意測(cè)量時(shí)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(jié)束語(yǔ)
稱(chēng)重傳感器是電子秤一個(gè)最核心的感應(yīng)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(shù)值。在選用稱(chēng)重傳感器的時(shí)候,一定要根據(jù)運(yùn)用場(chǎng)所和用途選擇合適的傳感器,切勿單純追求高等級(jí)的傳感器,而是既要考慮滿(mǎn)足電子秤的準(zhǔn)確度要求,又要考慮其成本。因此,選擇性?xún)r(jià)比高傳感器必能為企業(yè)創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
 
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