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称重传感器制造商的选择

文字:[大][中][小] 2020-10-21    浏览次数:85    


一、前言

  电子秤是日常生活中常用的电子秤,广泛应用于超市、大中型商场和物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了传统的基于开放式杠杆平衡原理的机械称重工具。与传统的机械称重工具相比,电子秤具有称重精度高、安装体积小、适用范围广、操作使用方便等优点。它们在外观布局、工作原理、结构和材料上都是全新的称重仪器。在电子秤的设计中,首先通过压力传感器采集被测物体的重量,并转换成电压信号。输出电压信号通常很小,需要通过前端信号处理电路进行精确的线性放大。放大后的模拟电压信号由A/D转换电路转换成数字量,送到主控电路的单片机,单片机再控制解码显示器,从而显示被测物体的重量。

  目前市场上使用的称重工具结构复杂或操作不可靠,成本高,精度稳定性差,调整时间长,易损件多,维护困难,装机容量大,能耗大,生产成本高。目前市场上电子秤产品整体水平不高。一些小企业产品质量差,技术力量薄弱,设备不全,缺乏产品开发能力,产品质量徘徊在较低水平。因此,开发一种实用的电子秤系统,从技术上克服上述缺点,改善电子秤系统在应用中的不足,具有现实意义。

  二、称重传感器的定义和组成

  1)定义:是一种力传感器,通过将被测质量转化为另一个被测电量来测量质量。称重传感器是电子衡器的重要组成部分。使用称重传感器时,应考虑使用场所重力加速度和浮力的影响。电子秤使用称重传感器将被测物体的重量转换成电量,然后通过相应的检测仪器显示物体的质量。可见,称重传感器的性能对电子秤的性能至关重要。

  2)组成:称重传感器一般由敏感元件、转换元件、测量元件等组成。有时用辅助电源。

  敏感元件:直接感应被测(质量)并输出与被测函数有确定关系的其他量的元件。比如电阻应变式称重传感器的弹性体将被测物体的质量转化为变形;电容式称重传感器的弹性体将被测质量转化为位移。

  转换元件:又称传感元件,将传感元件的输出转换成便于测量的信号。比如电阻应变式称重传感器的电阻应变片(或电阻应变片),将弹性体的变形转化为电阻的变化;电容式称重传感器的电容将弹性体的*转化为电容的变化。有时候有些元素同时具有敏感元素和可变元素的功能。例如,压电称重传感器的压电材料,在外部载荷的作用下,同时变形并输出电能。测量元件(测量电路):将转换元件的输出转换成电信号,为进一步传输、处理、显示、记录或控制提供方便。如电阻应变式称重传感器中的桥式电路和压电称重传感器的电荷前置放大器。

  辅助电源:为传感器的电信号输出提供能量。一般称重传感器需要外部电源才能工作。因此,作为产品,需要注明电源要求,但不能作为称重传感器的组成部分。一些传感器,如磁电式速度传感器,由于输出能量大,可以在没有辅助电源的情况下正常工作。因此,并非所有传感器都需要辅助电源。

  第三,称重传感器的类型

  称重传感器有很多种,但根据工作原理的变化,主要有电阻应变式、电容式、差动实行机构式、压磁式、压电式、振动频率式、陀螺式等。下面简要先容几种常用的称重传感器:

  1)电阻应变传感器和差动变压器传感器

  电阻应变仪(电阻应变仪)粘贴在弹性体上。当弹性体受外力(拉力或压力)变形时,电阻应变片将变形转化为电量输出。与施加的重量成比例的电量由相应的测量仪器检测,从而测量质量。
                 
  2)电容式和差动变压器传感器

  物体的质量通过弹性体转化为位移,引起电容和电感的变化。这种变化的电容由相应的测量仪器检测,然后转换成质量。

  3)压电传感器

  利用铁磁材料在附加质量作用下磁导率系数和磁阻的变化,铁芯周围的线圈阻抗发生变化,线圈阻抗的变化与质量成正比,因此可以通过检测线圈阻抗的变化来获得质量。

  4)压电传感器

  它是利用某些晶体介质在某一方向受到附加质量的影响,引起内部正负电荷的相对转移,使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷,电荷密度与质量成正比。

  5)振动频率传感器

  金属丝或金属膜片的固有振动频率与其几何尺寸、密度和材料有关,也与内应力状态有关。当它们的几何尺寸、材料和密度固定时,附加质量可以改变它们的内应力,因此其振动频率也会相应改变。质量可以通过用振动频率测量仪测量频率变化来获得。

  6)陀螺仪传感器

  它利用陀螺进动特性和力矩效应工作,是近年来发展起来的一种新型称重传感器。它的特点是在作用力方向上无位移,无静平衡,在弹性应变中无能量储存和回收,因此它无滞后,刚性高,线性好,响应快,分辨率高,稳定性好,抗干扰性强。由于是直接数字输出,不存在数模转换问题,所以陀螺称重传感器备受关注。在上述称重传感器中,电阻应变式称重传感器因其结构简单、技术成熟、制造容易、精度高、稳定性好而被广泛应用。四.称重传感器的选择

  根据经济和现实的需要,选用电阻应变式称重传感器。

  工作原理及组成:基于导线被拉伸或压缩后发生弹性变形的物理特性来实现,其电阻值也随之变化。

  电阻应变仪的主要技术特点
                 
  1)敏感性

  导线的敏感系数(K0)表示导线受力后电阻的相对变化与轴向长度变化之间的关系。金属丝做成应变片时,应变片的敏感系数k是一个新值,k始终小于K0。这是因为除了胶基基于传力的变形和扭曲以外,主要还有横向效应,K也是温度的函数,所以对K的主要要求是稳定性。

  2)方向效应

  附着在试样上的应变仪的敏感光栅由许多直线和圆角组成。当受到纵向应力时,直截面的阻力将增加,圆形截面的阻力将减少。综合效果是降低应变仪的灵敏度。这种现象被称为应变仪的横向效应。在工程中使用箔式应变片可以减小横向效应。

  3)线性

  试样上应变敏感元件电阻的相对变化 r/r在理论上是线性的。事实上,当施加在试样上的力超过一定范围时,就会出现非线性关系

  4)机械滞后和热滞后

  当贴有应变片的试件循环加载和卸载时,应变片的 R/R和 L/L的特征曲线不重合的程度称为机械滞后。加载和卸载特性曲线的最大差值称为应变计的机械滞后值。它的物理意义是保持外界条件不变,应变仪输出的差值是试样在循环加载和卸载过程中对于相同载荷的机械滞后值。

  5)零漂移和蠕变

  在恒温条件下,贴有应变片的试样不承受载荷,应变片电阻值随时间的变化称为应变片的零点漂移。在恒温条件下,用应变片施加在试样上的载荷力是恒定的,应变片的应变输出随时间变化,这就是应变片的蠕变。
                 
  6)应变极限
 
  附着在试样上的应变仪所能测试的最大载荷力称为应变极限。在恒温条件下,缓慢均匀地施加载荷力。当应变片的输出大于机械应变的10%时,认为应变片接近失效状态。这个应变值称为应变极限。

  7)电阻应变仪的疲劳寿命

  应变片贴在试件上后,在应变极限内循环施加载荷,应变片能承受特定载荷的循环次数与应变片本身的尺寸有关。使用中不允许有电流值,要注意相关条件。

  8)电阻应变仪的允许电流

  应变片接成桥后,当有电流通过时,会产生热量,使电阻应变片的温度升高。当电流超过允许的电流值时,应变仪可能会烧毁。显然,允许电流与试样的尺寸、材料的导热系数以及应变仪本身的尺寸有关。使用中不允许超过允许电流值,注意相关情况。9)电阻应变仪的绝缘电阻

  应变仪的引线与试件之间的电阻值称为绝缘电阻。他的数量级是兆欧姆。

  10)电阻应变仪的动态响应特性

  动态测量时,应变以应变波的形式传播(传播速度与声波相同),当应变波沿应变片敏感栅的轴向传播时,会有延迟。在测量正弦规律变化的载荷时,应变片反射的应变波形是线栅长度内被感测变量的平均值,所以反射的幅度会低于实际应变,从而产生误差。

  V.结论

  衡器是所有计量器具中应用范围广、品种多、数量多的计量器具。它不仅与人民生活密切相关,而且渗透到国民经济的各个部门和行业,对维护市场经济秩序和国民经济稳定发展发挥了非常重要的作用。

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