称重传感器的原理与技术参数基本定义

称重传感器的原理与技术参数基本定义随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料 的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高, 称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计 测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检 测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称 重领域。1.高速定量分装系统本系统由微机控制称重传感器的称重和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外 部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务。系统采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所 示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重量 使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后， 输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中，其数字量由 微机进行处理。微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面 则进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。图1原理框图在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重测力传感器。四片电阻应变片构成全桥桥路，在所加桥压U不变的情况 下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压u的变 化直接影响电子称的测量精度，所以要求桥压很稳定。毫伏级的传感器输出经放大后，变成 了 0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到 单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0 的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在显示的同时，计算机还根据设 定值与测量值进行定值判断。测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不 足，则继续送料和显示测量值。一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制 外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料结束，可进行下袋 的装料称重。图2所示为自动称重和装料装置。每个装料的箱子或袋子沿传送带运动，直到装有料的 电子称下面，传送带停止运动，电磁线圈2通电，电子称料斗翻转，使料全部倒入箱子或袋 子中，当料倒完，传送带马达再次通电，将装满料的箱子或袋子移出，并保护传送带继续运 行，直到下一次空袋或空箱切断光电传感器的光源，与此同时，电子称料箱复位，电磁线圈 1通电，漏斗给电子秤自动加料，重量由微机控制，当电子秤中的料与给定值相等时，电磁 线圈1断电，弹簧力使漏斗门关上。装料系统开始下一个装料的循环。当漏斗中的料和传送 带上的箱子足够多时，这个过程可以持续不断地进行下去。必要时，工作人员可以随时停止 传送带，通过拔码盘输入不同的给定值，然后再启动，即可改变箱或袋中的重量。底盘吋瑙支架图2自动称重和装料装置本系统选用不同的传感器，改变称重范围，则可以用到水泥、食糖、面粉加工等行业的 自动包装中。2.传感器在商用电子秤中的应用目前，商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。电子计价 秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间装置一个专门设计的传感 器来承担物料的全部重量，如图3所示。常用的电子计价秤传感器的结构如图4所示，其中 图4 (a)为双连椭圆孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；图4 (b)为梅 花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变 片。这两种形式的传感器，在计价秤中用得最多。图4 (c)为三梁式弯曲弹性体，采样弯 曲应力，对重量反应敏感，宜用来制作小称量计价秤。图4 (d)为三梁式剪切弹性体，采 样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤称量范围计价秤。图3计价秤内部结构示意图图4计价秤用弹性体结构用这些复梁型高精度传感器来支承一个大的称重平台，被称重物又可能放置在任何称台 的任意位置上，必然会产生四角示值误差，对图4 (a), (b)两种结构形式的传感器，可通 过锉磨的形式进行角差修正。对图4(c), (d)，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁，使传感 器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调 整传感器的灵敏系数和四角误差。图5为一种商用电子计价秤的电路框图。传感器采用的是 图4 (b)所示的梅花型四连孔结构，该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动 去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能，7段绿色荧光数码管显示，使用十分方便。称ME罄娜pVTTTn打珈图5电子计价秤的电路框图图6是采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的 原理图，由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示四部分组成。图中，E为9V的叠 层电池，R1-R4是称重传感器的4个电阻应变片，R5、R6与W1组成零点调整电路。当载 荷为零时，调节RW1使液晶显示屏显示为零。A1，A2为双运放集成电路LM358中的两个 单元电路，组成了一个对称的同相放大器，A/D转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器, 液晶显示采用3 1/2液晶显示片。该电子秤精度高，简单实用，携带方便。称重传感器是一种高精度的传感器，必须按规定的规格使用。若不按规定的规格使用，不仅 不能发挥称重的作用，而且容易损坏，尤其是绝对不准超过负荷安全值使用。对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应 变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿， 解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的 补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要 是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变 化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。在露天下使用传感器，还应考虑阳光直射产生的温度影响和风压的影响。称重传感器技术参数基本定义：(1) 额定载荷：传感器在规定技术指标范围内能够测量的最大轴向负荷。但实际使用时， 一般只用额定量程的2/31/3。（2）允许使用负荷（或称安全过载）：称重传感器允许施加的最大轴向负荷。允许在一定范 围内超负荷工作。一般为120%150%。（3）极限负荷（或称极限过载）：称重传感器能承受的不使其丧失工作能力的最大轴向负荷。 意即当工作超过此值时，传感器将会受到损坏。（4）灵敏度：输出增量与所加的负荷增量之比。通常每输入1V电压时额定输出的mV。（5）非线性：这是表征此传感器输出的电压信号与负荷之间对应关系的精确程度的参数。（6）重复性：重复性表征传感器在同一负荷在同样条件下反复施加时，其输出值是否能重 复一致，这项特性更重要，更能反映传感器的品质。国标对重复性的误差的表述：重复性误 差可与非线性同时测定同一试验点上3次测量的实际输出信号值之间的最大差值（mv）。（7）滞后：滞后的通俗意思是：逐级施加负荷再依次卸下负荷时，对应每一级负荷，理想 情况下应有一样的读数，但事实上下一致，这不一致的程度用滞后误差这一指标来表示。国 标中是这样来计算滞后误差的：同一试验点上3次行程实际输出信号值的算术平均与3次上 行程实际输出信号值的算术平均之间的最大差值（mv）。（8）蠕变和蠕变恢复：要求从两个方面检验传感器的蠕变误差：其一是蠕变：在5-10秒时 间无冲击地加上额定负荷，在加荷后5-10秒读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次 记下输出值。其二是蠕变恢复：尽快去掉额定负荷（在5-10秒时间内），卸荷后在5-10秒 内立即读数，然后在30分钟内按一定的时间间隔依次记下输出值。（9）允许使用温度：规定了此称重传感器能适用的场合。例常温传感器一般标注为：-20C -+70C。高温传感器标注为：-40C- 250Co（10）温度补偿范围：说明此传感器在生产时已在这样的温度范围内进行了补偿。例常温传 感器一般标注为-10C- +55C。(11) 零点温度影响(俗称零点温漂)：表征此传感器在环境温度变化时它的零点的稳定性。般以每10C范围内产生的漂移为计量单位。(12) 输出灵敏系数的温度影响(俗称系数温漂)：此参数表征此传感器在环境温度变化时 输出灵敏度的稳定性。一般以每ioc范围内产生的漂移为计量单位。(13) 输出阻抗：在额定技术条件下，传感器的输出的电阻值S+ S- I+ I-(14) 输入阻抗：称重传感器的激励端的电阻值,E+ E- V+ -(15) 绝缘阻抗：传感器的电路部分与弹性梁之间的绝缘阻值，越大越好，绝缘电阻的大小 会影响传感器的各项性能。而当绝缘阻抗低于某一个值时，电桥将无法正常工作。(16) 推荐激励电压：一般为512伏。因一般称重仪表内配的稳压直流电源为5或12伏。(17) 允许最大激励电压：传感器最大可以承受的供电电压，不推荐使用最大激励电压。(18) 电缆长度：出厂时厂家标准配置的电缆长度。最好不要擅自增加和减小。(19) 密封防护等级IP67：称重传感器的防尘和防水的性能指标。在转载时请注明出处：东莞市南力测控设备有限公司_htt p:/