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如何選用稱重傳感器
2014-12-01
稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境這點對正確選用傳感器至關重要它關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方面：
（1）高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結構變化等問題。對于高溫環(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、潮濕對傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應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量差。對于室內(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于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。
（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)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傳感器。
（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在此情況下應對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。
（5）易燃、易爆不僅對傳感器造成徹底性的損害而且還給其它設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、秤體需要支撐的點數(shù)（支撐點數(shù)應根據(jù)使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。一般來說秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器但是對于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個傳感器一些機電結合秤就應根據(jù)實際情況來確定選用傳感器的個數(shù)。
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說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。但在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秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷因此選用傳感器量程時要考慮諸多方面的因素保證傳感器的安全和壽命。
傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后經(jīng)過大量的實驗而確定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點的數(shù)量；K-0—保險系數(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—風壓系數(shù)。
例如：一臺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)當時的實際情況選取保險系數(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)驗一般應使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等在選用傳感器時一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)使傳感器的稱量儲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。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構型式、彈性體的材質等特點規(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、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
最后還要對傳感器準確度等級進行選擇。
傳感器的準確度等級包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。在選用傳感器的時候不要單純追求高等級的傳感器而既要考慮滿足電子秤的準確度要求又要考慮其成本。
對傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件：
1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、A／D轉換等處理之后顯示稱量結果的。因此傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入情號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算結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*激勵電源電壓*秤的最大稱量
秤的分度數(shù)*傳感器的個數(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際輸入信號為：
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.滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成在對傳感器準確度選擇的時候應使傳感器的準確度略高于理論計算值因為理論往往受到客觀條件的限制如秤體的強度差一點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確度要求因此要從各方面提高要求又要考慮經(jīng)濟效益確保達到目的。
環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個方面：
（1）高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結構變化等問題。對于高溫環(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、潮濕對傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應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量差。對于室內(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于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。
（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)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傳感器。
（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在此情況下應對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。
（5）易燃、易爆不僅對傳感器造成徹底性的損害而且還給其它設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、秤體需要支撐的點數(shù)（支撐點數(shù)應根據(jù)使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。一般來說秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器但是對于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個傳感器一些機電結合秤就應根據(jù)實際情況來確定選用傳感器的個數(shù)。
傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說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。但在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秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷因此選用傳感器量程時要考慮諸多方面的因素保證傳感器的安全和壽命。
傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后經(jīng)過大量的實驗而確定的。
公式如下：
C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N
C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點的數(shù)量；K-0—保險系數(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—風壓系數(shù)。
例如：一臺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)當時的實際情況選取保險系數(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)驗一般應使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等在選用傳感器時一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)使傳感器的稱量儲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。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構型式、彈性體的材質等特點規(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、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
最后還要對傳感器準確度等級進行選擇。
傳感器的準確度等級包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。在選用傳感器的時候不要單純追求高等級的傳感器而既要考慮滿足電子秤的準確度要求又要考慮其成本。
對傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件：
1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經(jīng)過放大、A／D轉換等處理之后顯示稱量結果的。因此傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入情號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算結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*激勵電源電壓*秤的最大稱量
秤的分度數(shù)*傳感器的個數(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際輸入信號為：
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.滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成在對傳感器準確度選擇的時候應使傳感器的準確度略高于理論計算值因為理論往往受到客觀條件的限制如秤體的強度差一點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確度要求因此要從各方面提高要求又要考慮經(jīng)濟效益確保達到目的。
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