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稱重傳感器原理及注意事項

發(fā)布日期:2022-04-26發(fā)布人:超光傳感器瀏覽次數(shù):197

  提到稱重傳感器,很多人以為這只是測量物體重量的傳感器,其實這并不完全正確,它還在很多領域得到了應用。稱重傳感器在原理上與之前介紹的壓力傳感器有著相似之處,但它們的形狀并不一樣?,F(xiàn)代科學技術工業(yè)使用的稱重傳感器無處不在。

  稱重傳感器是一種將質(zhì)量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。在稱重傳感器主要技術指標的基本概念和評價方法上,新舊國標有質(zhì)的差異。主要有S型、懸臂型、輪輻式、板環(huán)式、膜盒式、橋式、柱筒式等幾種樣式。 
稱重傳感器工作原理
  稱重傳感器工作原理有直線式和旋轉式(圓盤式)兩種基本結構型式,稱重傳感器它們是由可以相對移動的滑尺和定尺(直線式)或轉子和定子(旋轉式)組成的。這兩類稱重感應同步器是采用同樣的工藝方法制造的。
  稱重傳感器首先用絕緣勃結劑把導電銅箔(厚0.04~0.05mm)粘牢在低碳鋼或玻璃等非導磁材料的基板上,然后按設計要求,利用光刻或化學腐蝕工藝將銅箔蝕刻成不同曲折形 狀的平面繞組,這種繞組一般稱為印制電路繞組。定尺和滑尺,轉子和定子上的繞 組分布是不相同的。在定尺和轉子上的繞組是連續(xù)繞組,在滑尺和定子上的繞組 則是分段繞組。分段繞組分為兩組,布置成在空間相差7r左相角,稱重傳感器工作原理故又稱為正、余弦繞組。

  感應同步器的連續(xù)繞組和分段繞組相當于變壓器的原邊繞組和副邊繞組,利用交變電磁場和互感原理工作。

稱重傳感器分類
稱重傳感器按轉換方法可以分為八類:
1、電阻應變式
  電阻應變式是使用最廣的稱重傳感器,它利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。
2、液壓式
  液壓式傳感器結構簡單而牢固,測量范圍大,但準確度一般不超過1/100。
3、電容式
  它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關系工作。電容式傳感器耗電量少,造價低,準確度為1/200~1/500。
4、數(shù)字式
  數(shù)字稱重傳感器是一種能將重力轉變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉換裝置,它主要是指集電阻應變式稱重傳感器、電子放大器、模數(shù)轉換技術、微處理器于一體的新型傳感器。
數(shù)字稱重傳感器和數(shù)字計量儀表技術的發(fā)展已逐漸成為稱重技術領域的新寵,其以調(diào)試簡便高效、適應現(xiàn)場能力強等優(yōu)勢正在該領域嶄露頭角。
5、板環(huán)式
  板環(huán)式稱重傳感器的結構具有明確的應力流線分布、輸出靈敏度高、彈性體為一整體、結構簡單、受力狀態(tài)穩(wěn)定、易于加工等優(yōu)點。目前在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對這種結構傳感器的設計公式目前還不很完善。
6、振動式
  彈性元件受力后,其固有振動頻率與作用力的平方根成正比。測出固有頻率的變化,即可求出被測物作用在彈性元件上的力,進而求出其質(zhì)量。振動式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
7、陀螺儀式
  陀螺儀式傳感器響應時間快(5秒),無滯后現(xiàn)象,溫度特性好(3ppm), 振動影響小, 頻率測量準確精度高,故可得到高的分辨率和高的計量準確度。
8、光電式
  包括光柵式和碼盤式兩種。光電式傳感器曾主要用在機電結合秤上。
稱重傳感器缺點
稱重傳感器并不是完美無缺的,它也存在著無法克服的缺點。
1、輸出特性非線性
  電容式稱重傳感器的輸出特性是非線性的,雖采用差分型來改善,但不可能完全消除。其他類型的電容傳感器只有忽略了電場的邊緣效應時,輸出特性才呈線性。否則邊緣效應所產(chǎn)生的附加電容量將于傳感器電容器直接疊加,使輸出特性非線性。
2、寄生電容影響大
  電容式稱重傳感器的初始電容量小,而連接傳感器和電子線路的引線電容、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)板極與周圍導體構成的電容等所謂寄生電容缺較大,不僅降低了傳感器的靈敏度,而且這些電容常常是隨機變化的,將使儀器工作很不穩(wěn)定,影響測量精度。
3、輸出阻抗高,負載能力差
  電容式稱重傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制不易做得很大,一般為幾十到幾百微法,甚至只有幾個微法。因此,電容式稱重傳感器的輸出阻抗高,因而負載能力差,易受外界干擾影響產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象,嚴重時甚至無法工作。
稱重傳感器應用
  由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業(yè),實現(xiàn)了對物料的快速、準確的稱量,特別是隨著微處理機的出現(xiàn),工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高,稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置,從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制,到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等,都應用了稱重傳感器,目前,稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域。
稱重傳感器誤差
1、特性誤差
  是由設備本身引起的,包括DC漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形。畢竟設備理想的轉移功能特性和真實特性之間會存在差距。
2、稱重傳感器應用誤差
  也就是由操作而產(chǎn)生的誤差,包括探針放置錯誤、探針與測量地點之間不正確的絕緣、空氣或其他氣體的凈化過程中的錯誤、變送器的錯誤放置等多種操作錯誤引發(fā)的誤差。
3、動態(tài)誤差
  適用于靜態(tài)條件的傳感器會具有較強的阻尼,因此對輸入?yún)?shù)的改變響應較慢,甚至要數(shù)秒才能響應溫度的階躍改變。一些具有延遲特性的稱重傳感器會在對快速改變響應時產(chǎn)生動態(tài)誤差。響應時間、振幅失真和相位失真都會導致動態(tài)誤差。
4、插入誤差
  是由于系統(tǒng)中插入一個傳感器時,改變了測量參數(shù)而產(chǎn)生的誤差。使用了一個對系統(tǒng)過于大的變送器、系統(tǒng)的動態(tài)特性過于遲緩、系統(tǒng)中自加熱加載了過多的熱能等,都會導致插入誤差。
5、環(huán)境誤差
  稱重傳感器使用也會受溫度、擺動、震動、海拔、化學物質(zhì)揮發(fā)等環(huán)境影響,這些因素都極易引發(fā)環(huán)境誤差。
稱重傳感器使用注意事項
電阻應變式稱重傳感器是稱重傳感器使用最廣的一種,它的耐用性、可靠性、準確性是不容置疑的,也正是因為它的這些特性,導致它在使用中會遇到一些麻煩,使用稱重傳感器應注意哪些事項?
1、注意使用環(huán)境
  高溫、粉塵、潮濕以及腐蝕性較高的環(huán)境、電磁場環(huán)境等都會對稱重傳感器造成嚴重損傷會影響。因此要注意稱重傳感器使用環(huán)境,或者在既定環(huán)境下選擇相應的稱重傳感器。
2、防止超載
  要避免超載給稱重傳感器帶來的損壞,即使稱重傳感器有一定的過載能力。
3、電路連接
  通向顯示電路或從電路引出的導線,均應采用屏蔽電纜,感器輸出信號讀出電路不能與一些能夠產(chǎn)生干擾與高熱量的設備放在一起。
4、防止雜物玷污傳感器
  雜物玷污傳感器也許會影響傳感器的可動部分運動和精度??稍诜Q重傳感器周圍設置一些“擋板”或者用薄金屬板把傳感器罩起來。
5、使用電氣旁路
  為了避免電焊電流或雷擊帶來的損傷,傳感器應采用鉸合銅線(截面積約50mm2)形成電氣旁路,同時避免強烈的熱輻射。
6、安裝水平儀
  為了保證稱重的精度,應對單只傳感器安裝底座的安裝平面用水平儀調(diào)整水平。為了使各傳感器所承受的負荷基本一致,多個傳感器的安裝底座的安裝面要盡量調(diào)整到一個水平面上。
7、要輕拿輕放
  稱重傳感器要防止任何沖擊、跌落等,輕拿輕放。同時安裝傳感器的底座要平整、清潔,有足夠的強度和剛性,無任何油膜,膠膜等存在。
8、防止某些橫向力作用在傳感器上
  可采用球形軸承、關節(jié)軸承、定位緊固器等有自動定位或復位作用的結構配件。
9、電源線和控制線應絞合起來
  合程度50轉/米,若傳感器信號線需要延長,則應采用特制的密封電纜接線盒。若信號電纜線很長,應考慮采用帶有中繼放大器的電纜補償電路。
10、電氣連接
  傳感器的信號電纜不能夠和強電電源線或控制線并行布置。  

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