如何選用稱重傳感器

稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。選用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全性和使用壽命，乃至整個(gè)電子衡器的長期可靠性。下面談幾個(gè)選用時(shí)須注意的方面：

一、環(huán)境對(duì)稱重傳感器造成的影響主要有以下幾點(diǎn)：

1、高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成密封材料及焊點(diǎn)熔化、彈性體和應(yīng)變計(jì)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題。對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，苛刻的場(chǎng)合還須加有隔熱、水冷或風(fēng)冷等裝置。

2、粉塵、濕熱對(duì)傳感器造成較大的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)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(jī)械緊固密封；焊接（激光焊接、氬弧焊、等離子焊等）和抽真空充氮密封。

從密封效果來看，焊接密封為*，充填密封膠為較差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器，可選擇充填密封膠密封的傳感器，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、抽真空充氮的傳感器。

3、在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對(duì)傳感器造成彈性體和附件受損、腐蝕等影響，應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過噴塑或不銹鋼彈性體及不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。

4、電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)干擾的影響。在此情況下，應(yīng)對(duì)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*力。

5、易燃、易爆不僅對(duì)傳感器造成*性的損害，而且還給其它設(shè)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(duì)防爆性能提出了更高的要求，故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。

二、注重對(duì)稱重傳感器數(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(diǎn)數(shù)（支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定）而定。一般來說，秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，但是對(duì)于一些特殊的秤體，如電子吊鉤秤就只能采用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。

傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，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(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

※稱重傳感器量程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過大量的驗(yàn)證而確定的。公式如下：

C＝K0K1K2K3(Wmax+W)/N

C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的zui大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K1值是根據(jù)以下使用條件確定的：a)當(dāng)N個(gè)傳感器均勻受載，且在無振動(dòng)、無沖擊條件下工作時(shí)，K1=1.1-1.3；b)當(dāng)偶爾有沖擊振動(dòng)的情況時(shí)，K1=1.3-1.5；

c)當(dāng)在有重復(fù)性的沖擊振動(dòng)條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重時(shí)，K1=1.7；當(dāng)N個(gè)傳感器不均勻受載時(shí)，則根據(jù)偏載可能形成的zui大載荷乘以上述系數(shù)即可；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。

例如：一臺(tái)30t電子汽車衡，zui大稱量Wmax是30t，秤體自重W為1.9t，設(shè)計(jì)采用四只QS-A型傳感器，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，選取保險(xiǎn)系數(shù)K0＝1.25，沖擊系數(shù)K1＝1.2，重心偏移系數(shù)K2＝1.03，風(fēng)壓系數(shù)K3＝1.02，試確定傳感器的量程。

解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：C＝K0K1K2K3（Wmax＋W）/N

可知：C＝1.25×1.2×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.57t

因此，可選用量程為15t的傳感器（QS-A型傳感器的量程一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊訂做）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～40%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲(chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命，避免超載。

三、稱重傳感器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，要考慮傳感器生產(chǎn)廠家的建議。傳感器生產(chǎn)廠家一般會(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)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)說明傳感器的適用范圍，譬如鋁制單點(diǎn)式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼制懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼制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(dòng)態(tài)軌道衡、固定式動(dòng)態(tài)軸重秤、大噸位料斗秤等。故衡器廠家應(yīng)盡量采納傳感器生產(chǎn)廠家的推薦建議。

四、還要對(duì)稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行選擇。

傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線性、溫度影響、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時(shí)候，不要單純追求高等級(jí)的傳感器，而是既要考慮滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求，又要考慮其成本。

對(duì)稱重傳感器等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件：

1、要滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計(jì)算結(jié)果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(lì)電源電壓×秤的zui大稱量÷（秤的分度數(shù)×傳感器的個(gè)數(shù)×傳感器量程）≥儀表的輸入靈敏度

例如：一臺(tái)稱量為25kg的定量包裝秤，zui大分度數(shù)為2000個(gè)分度；秤體采用3只型號(hào)為HSX-A20kg的傳感器，靈敏度為2.0±0.002mV／V，供橋電壓為12V；秤采用URL3280儀表

問采用的傳感器能否與儀表匹配。

解：經(jīng)查閱，URL3280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(shí)際輸入靈敏度為：

2000μV／V×12×25／(2000×3×20)＝5μV／d＞0.6μv／d（d表示分度值）

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、要滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，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(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。傳感器選用原則

現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量

環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1)根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型

要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。

在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。

2)靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號(hào)。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)

選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3)頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。

傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械

系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。

在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差

4)線性范圍

傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。

5)穩(wěn)定性

傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定

性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的

穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。

傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。

在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。

6)精度

精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的

精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。

如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。

對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求