稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器應(yīng)先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境,這點(diǎn)對正確選用稱重傳感器至關(guān)重要,它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命,乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。在稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評價(jià)方法上,新舊國標(biāo)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,以電阻應(yīng)變式使用最廣。
光電式
包括光柵式和碼盤式兩種。
光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號(圖2)。光柵有兩塊,一為固定光柵,另一為裝在表盤軸上的移動(dòng)光柵。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿系統(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng),使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表,即可計(jì)算出移過的莫爾條紋數(shù)量,測出光柵轉(zhuǎn)動(dòng)角的大小,從而確定和讀出被測物質(zhì)量。
碼盤式傳感器(圖3)的碼盤(符號板)是一塊裝在表盤軸上的透明玻璃,上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿使表盤軸旋轉(zhuǎn)時(shí),碼盤也隨之轉(zhuǎn)過一定角度。光電池將透過碼盤接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號,然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理,最后在顯示器上顯示出代表被測質(zhì)量的數(shù)字。
光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。
液壓式
在受被測物重力P作用時(shí),液壓油的壓力增大,增大的程度與P成正比。測出壓力的增大值,即可確定被測物的質(zhì)量。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡單而牢固,測量范圍大,但準(zhǔn)確度一般不超過1/100。
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(guān)系工作(圖6 )。極板有兩塊,一塊固定不動(dòng),另一塊可移動(dòng)。在承重臺加載被測物時(shí),板簧撓曲,兩極板之間的距離發(fā)生變化,電路的振蕩頻率也隨之變化。測出頻率的變化即可求出承重臺上被測物的質(zhì)量。
電容式傳感器耗電量少,造價(jià)低,準(zhǔn)確度為1/200~1/500。
主要優(yōu)點(diǎn)
電阻、電感和電容是電子技術(shù)中的三大類無源元件,電容式傳感器是將被測量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的傳感器,它實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。
電容式傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)高阻抗,小功率,僅需很低的輸入能量。
(2)可獲得較大的變化量,從而具有較高的信噪比和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,工作頻率可達(dá)幾兆赫,稠b接觸測量,被測物是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可。
(4)結(jié)構(gòu)簡單.適應(yīng)性強(qiáng),可在高低溫、強(qiáng)輻射等惡劣的環(huán)境下工作,應(yīng)用較廣。
隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,電容式傳感器所存在的易受干擾和易受分布電容影響等缺點(diǎn)不斷得以克服,而且還開發(fā)出容柵位移傳感器和集成電容式傳感器:因此它在非電量測量和自動(dòng)檢測中得到廣泛應(yīng)用,可測量壓力、位移、轉(zhuǎn)速、加速度、A度、厚度、液位、濕度、振動(dòng)、成分含量等參數(shù)。電容式傳感器有著很好的發(fā)展前景。
主要缺點(diǎn)
缺點(diǎn)一:輸出阻抗高,負(fù)載能力差
缺點(diǎn)二:輸出特性非線性
缺點(diǎn)三:寄生電容影響大
電磁力式
它利用承重臺上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作。當(dāng)承重臺上放有被測物時(shí),杠桿的一端向上傾斜;光電件檢測出傾斜度信號,經(jīng)放大后流入
線圈,產(chǎn)生電磁力,使杠桿恢復(fù)至
平衡狀態(tài)。對產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,即可確定被測物質(zhì)量。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高,可達(dá)1/2000~1/60000,但稱量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。
磁極變形式
鐵磁元件在被測物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化,使繞在鐵磁元件(磁極)兩側(cè)的次級線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,進(jìn)而確定被測物的質(zhì)量。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高,一般為1/100,適用于大噸位稱量工作,稱量范圍為幾十至幾萬千克。
振動(dòng)式
彈性元件受力后,其固有振動(dòng)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(jìn)而求出其質(zhì)量。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺上加有被測物時(shí),V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下,且
左弦的拉力增大,右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差,即可求出被測物的質(zhì)量。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高,可達(dá)1/1000~1/10000,稱量范圍為100克至幾百千克,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工難度大,造價(jià)高。
音叉式傳感器的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件,它以音叉的固有頻率振蕩,并可測出振蕩頻率。當(dāng)承重臺上加有被測物時(shí),音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,增加的程度與施加力的平方根成正比。測出固有頻率的變化,即可求出重物施加于音叉上的力,進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小,計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000~1/200000,稱量范圍為500g~10kg。
陀螺儀式
轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中,以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接,并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。外框架經(jīng)萬向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接,并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí),產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)(進(jìn)動(dòng))。進(jìn)動(dòng)角速度ω與外力P/2成正比,通過檢測頻率的方法測出ω,即可求出外力大小,進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測物的質(zhì)量。
陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒),無滯后現(xiàn)象,溫度特性好(3ppm), 振動(dòng)影響小, 頻率測量準(zhǔn)確精度高,故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000~1/60000)。
電阻應(yīng)變式
利用
[2] 電阻
應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜4部分組成。
板環(huán)式
板環(huán)式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)具有明確的應(yīng)力流線分布、輸出靈敏度高、彈性體為一整體、結(jié)構(gòu)簡單、受力狀態(tài)穩(wěn)定、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。目前在傳感器生產(chǎn)中還占著較大的比例,而對這種結(jié)構(gòu)傳感器的設(shè)計(jì)公式目前還不很完善。因這種彈性體的應(yīng)變計(jì)算比較復(fù)雜,通常在設(shè)計(jì)時(shí)把它看作為圓環(huán)式彈性體進(jìn)行估算。特別是對1t及以下量程的板環(huán)式傳感器設(shè)計(jì)計(jì)算誤差更大,同時(shí)往往還會出現(xiàn)較大的非線性誤差。
板環(huán)式稱重傳感器用途與特點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、防護(hù)性能好。精度高、長期穩(wěn)定性好。適用于吊鉤秤、機(jī)電結(jié)合秤及其它力值的測
數(shù)字式
1.定義
數(shù)字稱重傳感器是一種能將重力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧?電轉(zhuǎn)換裝置,它主要是指集電阻應(yīng)變式稱重傳感器、電子放大器(英文簡稱AMC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(英文簡稱ADC)、微處理器(簡稱MCU)于一體的新型傳感器。
2.特點(diǎn)和應(yīng)用
數(shù)字稱重傳感器和數(shù)字計(jì)量儀表技術(shù)的發(fā)展已逐漸成為稱重技術(shù)領(lǐng)域的新寵,其以調(diào)試簡便高效、適應(yīng)現(xiàn)場能力強(qiáng)等優(yōu)勢正在該領(lǐng)域嶄露頭角。
技術(shù)參數(shù):
額定載荷 | t | 10/20/25/30/40SE/40/50 |
精度 | | C1 | C2 | C3 | A5M | B10M |
認(rèn)證 | | | | OIML R60 C3 | | |
最大檢定分度數(shù) | n max | 1000 | 2000 | 3000 | 5000 | 10000 |
最小檢定分度值 | v min | Emax/3000 | Emax/5000 | Emax/10000 | Emax/15000 | Emax/10000 |
綜合誤差 | (%FS) | ≤±0.050 | ≤±0.030 | ≤±0.020 | ≤±0.026 | ≤±0.050 |
蠕變 | (%FS/30min) | ≤±0.038 | ≤±0.024 | ≤±0.016 | ≤±0.017 | ≤±0.040 |
溫度對輸出靈敏度的影響 | (%FS/10℃) | ≤±0.028 | ≤±0.017 | ≤±0.011 | ≤±0.013 | ≤±0.040 |
溫度對零點(diǎn)輸出的影響 | (%FS/10℃) | ≤±0.047 | ≤±0.023 | ≤±0.015 | ≤±0.014 | ≤±0.020 |
輸出靈敏度 | (mv/v) | 2.0±0.002 | 2.0±0.002 | 2.0±0.002 | 2.0±0.002 | 2.0±0.002 |
輸入阻抗 | (Ω) | 700±7 | 700±7 | 750±7 |
輸出阻抗 | (Ω) | 700±7 |
絕緣阻抗 | (MΩ) | ≥5000(50VDC) |
零點(diǎn)輸出 | (%FS) | 1.5 |
溫度補(bǔ)償范圍 | (℃) | -10~+40 |
允許使用溫度范圍 | (℃) | -35~+70 |
推薦激勵(lì)電壓 | (V) | 5~12(DC) |
最大激勵(lì)電壓 | (V) | 18(DC) |
安全過載范圍 | (%FS) | 150 |
極限過載范圍 | (%FS) | 300 |
功能特點(diǎn):
◆HM9型稱重傳感器可滿足10t~50t量程范圍內(nèi)的精確稱量;
◆合金鋼材料,表面鍍鎳,全密封焊接,防油、防水、防一般性腐蝕氣體及介質(zhì),可適用于多種環(huán)境稱重;
◆雙剪切梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),適用于電子汽車衡、軌道衡等各類電子稱重設(shè)備;
◆安裝方便,性能可靠。