称重传感器的简介
什么是称重传感器?
称重传感器,也可称为负载单元,称重单元。是大多数工业称重系统中的关键部件。称重传感器最基本的定义是,它们测量重量(或者更准确地说是方向力)通常是通过弹簧元件和应变片的组合,转换为电气输出。称重传感器有许多不同的配置和标准,具体取决于预期的应用程序和环境。有些品种依靠校准的证明环来测量负载位移,尽管这些比应变片类型不太常见。在各种不同类型的称重传感器中,可以通过两种关键方式区分不同的型号和样式:通过他们用于检测重量的特定方法(拉压称重传感器、张力称重传感器和其他测量类型)按输出信号的类型生成(液压称重传感器、压电载荷单元和各种其他配置)应当指出,严格地说,任何类型的真正的称重传感器将始终设计为在重力方向上工作(因此应对齐)。但是,在参考各种力感应设备类型时使用"称重传感器"这一术语是很常见的,其中许多设备被明确设计用于测量从四面八方施加的力。这些术语在当今许多工作场所环境中已在很大程度上可以互换,因此在评估称重电池价格或计划购买称重传感器部件时,可以准确说明要用于预期应用的设备类型是明智的。
称重传感器的基本原理:
弹性体(弹性元件,敏感梁)在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在其表面的电阻应变片(转换元件)同时产生变形。电阻应变片变形后,其阻值将发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号,从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
1:电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上。电阻应变片的一个重要参数是灵敏系数K。当其两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形。伸长时,其横截面积则缩小,截面圆半径则减少。电阻应变片的电阻变化率(电阻相对变化)和电阻丝伸长率(长度相对变化)之间成比例的关系。
需要说明的是:灵敏度系数K是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数,与应变片的形状、尺寸大小无关。不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间。其次K值是一个无因次量,没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变,记作ε,用它来表示弹性往往显得太大,很不方便,常常把它的百万分之一作为单位,记作με。
2:弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。其功能有两个,首先承受称重传感器所受的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡;其次,提供一个高品质的应变场(区),使粘贴在此区的电阻应变片比较理想地完成电信号的转换任务。
3:检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的阻值变化转变成为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点,如可以抑制温度变化的影响,可以抑制侧向力干扰,可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题等,所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
称重传感器均采用全桥式等臂电桥,主要是因为全桥式等臂电桥的灵敏度,各臂参数一致,各种干扰的影响容易相互抵消。
称重传感器的简介:
旧国标将应用对象和使用环境条件完全不同的“称重”和“测力”两种传感器合二为一来考虑,对试验和评价方法未给予区分。旧国标共有21项指标,均在常温下进行试验;并用非线性、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度附加误差以及额定输出温度附加误差6项指标中的最大误差,来确定称重传感器准确度等级,分别用0.02、0.03、0.05表示。
衡器上使用的一种力传感器。它能将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。
考虑到不同使用地点的重力加速度和空气浮力对转换的影响,称重传感器的性能指标主要有线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度特性和灵敏度温度特性等。在各种衡器和质量计量系统中,通常用综合误差带来综合控制传感器准确度,并将综合误差带与衡器误差带联系起来,以便选用对应于某一准确度衡器的称重传感器。国际法制计量组织(OIML)规定,传感器的误差带δ占衡器误差带Δ的70%,称重传感器的线性误差、滞后误差以及在规定温度范围内由于温度对灵敏度的影响所引起的误差等的总和不能超过误差带δ。这就允许制造厂对构成计量总误差的各个分量进行调整,从而获得期望的准确度。
称重传感器的功能作用及应用范围:
称重传感器它通常用于运输应用中,通过监测卡车的气动、轻载液压、制动压力、油压、传动装置和空气制动等关键系统的压力、液压力、流量和液位来保持重型设备的性能。
称重传感器可分为化学传感器、光敏传感器、压电传感器、压阻传感器、应变传感器、生物传感器、电感传感器、压磁传感器等。称重系统的称重值越接近传感器的额定容量,其称重精度就越高。但是在实际使用中,由于自重、皮重、振动、冲击、负载不平衡等原因,不同称重系统选择传感器的数量限值的原则有很大不同。
称重传感器的大规模生产技术正在向自动化方向发展。传感器种类繁多,品种繁多,使用的敏感材料不同,决定了传感器制造技术的多样性和复杂性。纵观目前传感器生产线的总体情况,大多数工艺已经实现了单机自动化,但离生产过程的完全自动化还有很多困难,因此未来应广泛应用CAD、CAM、先进自动化设备和工业机器人来取得突破。
称重传感器的精度水平应选择为满足称重系统的精度水平,只要它能满足这一要求。即如果2500刻度的传感器能满足要求,不要选择3000刻度的传感器。称重传感器一直在发展。为了在更复杂的控制系统中使用,设计工程师必须提高传感器的精度并降低成本以方便实际应用。