稱重傳感��(shí)際上是一種將�(zhì)量信�(hào)�(zhuǎn)�?yōu)榭蓽y量的電信�(hào)輸出的裝�。用傳感�茵先要考慮傳感器所處的�(shí)際工作環(huán)�,這點(diǎn)�(duì)正確選用稱重傳感器至�(guān)重要,它�(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�(gè)衡器的可靠性和安全�。在稱重傳感器主要技�(shù)指標(biāo)的基本概念和�(píng)�(jià)方法�,新舊國�(biāo)有質(zhì)的差��
1. 兩�(gè)典型的力�(xué)模型
�(dāng)F�0�(shí),R1、R3被拉�,阻值增�;R2、R4被壓縮,阻值減��
2. 惠斯頓電�
在應(yīng)變計(jì)的電測技�(shù)中,�(yīng)用最廣泛的測量電路是惠斯通電橋電�。測量電橋由于具有靈敏度�、測量范圍寬、電路結(jié)�(gòu)簡單、精度高、容易實(shí)�(xiàn)溫度�(bǔ)�?shù)�?yōu)�(diǎn),因此能很好地滿足應(yīng)變測量的要求�
電橋根據(jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種,當(dāng)Ui為直流時(shí)該電�?yàn)橹绷麟姌?。電橋電路如上圖所�,它的四�(gè)橋臂由R1、R2、R3、R4組成�
1) 直流電橋的電壓輸�
根據(jù)分壓原理,從D-A-C半橋來看,從D�(jīng)A到C的電壓降為Ui,通過R1、R2的電�
I1=Ui/(R1+R2� �1�
R2上的電壓降為I1R2,代入(1)得
UAC=Ui*R2/(R1+R2� �2�
同樣,D-B-C半橋的電壓降也是Ui,R3上的電壓降為�
UBC=Ui*R3/(R3+R4� �3�
則輸出電壓UO是UBC與UAC之間的差,即
R1R3-R2R4
UO=UBC-UAC= Ui �4�
?。≧1+R2)(R3+R4�
由(4)可�,當(dāng)橋臂電阻滿足如下條件�(shí),即
R1R3=R2R4 �5�
電橋的輸出電壓UO=0,電橋處于平衡狀�(tài)�
為了保證測量的準(zhǔn)確�,在�(shí)測之前應(yīng)使電橋平衡(置零�,這樣輸出電壓只與�(yīng)變計(jì)感受�(yīng)變所引起的電阻變化有�(guān)�
2) 按上述力�(xué)模型解釋�
�(dāng)F=0�(shí),R1R3=R2R4;U0=0�
�(dāng)F�0�(shí),R1、R3增加,R2、R4減小,U0�0�
若欲得到與上述電信號(hào)相反的結(jié)果時(shí),只需將A與C(或B與D)之間的電源正、負(fù)極互換即��
3) �(dāng)橋臂電阻的阻值發(fā)生變化時(shí),電橋的輸出電壓也隨著發(fā)生變�,當(dāng)⊿R<
問題的提出:某工廠中有一�(chǔ)罐,因用料位�(jì)無法�(zhǔn)確測量料�,因此采用電子秤稱重系統(tǒng)。在�(chǔ)罐中上部的四�(gè)方位分別裝有一�(gè)傳感�,那么該電子秤的工作原理是怎樣��
解答�
這樣的電子秤相當(dāng)于一�(gè)電子地磅,傳感器的多少與量程和精度有�(guān)�
電子地磅�(jié)�(gòu)組成和工作原�
1、結(jié)�(gòu)組成
主要由承載器、稱重顯示儀表(下簡稱儀表)、稱重傳感器(下簡稱傳感器)、連接�、限位裝置及接線盒等零部件組成,還可以選配打印大屏幕顯示�、計(jì)算機(jī)和穩(wěn)壓電源等外部�(shè)備�
2、工作原�
被稱重物或載重汽車置于承載器�(tái)面上,在重力作用�,通過承載器將重力傳遞至稱重傳感器,使稱重傳感器彈性體�(chǎn)生變�,貼附于彈性體上的�(yīng)變計(jì)橋路失去平衡,輸出與重量�(shù)值成正比例的電信�(hào),經(jīng)線性放大器將信�(hào)放大。再�(jīng)A/D�(zhuǎn)換為�(shù)字信�(hào),由儀表的微處理機(jī)(CPU)對(duì)重量信號(hào)�(jìn)行處理后直接顯示重量�(shù)�(jù)。配置打印機(jī)�,即可打印記錄稱�?cái)?shù)�(jù),如果配置計(jì)算機(jī)可將�(jì)量數(shù)�(jù)輸入�(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)�(jìn)行綜合管��
利用�(yīng)變電測原理稱重。在稱重傳感器的彈性體上粘貼有�(yīng)變計(jì),組成惠斯登電橋。在無負(fù)荷時(shí),電橋處于平衡狀�(tài),輸出為�。當(dāng)彈性體承受載荷�(shí),各�(yīng)變計(jì)隨之�(chǎn)生與載荷成比例的�(yīng)變,由輸出電壓即可測出外載重��
通過儀表的通訊接口可以與上位機(jī)連接�
此種稱重�(jì)量方式說幾�(gè)缺點(diǎn)�
1.這種電子秤儲(chǔ)罐與外界所有接管都必須用軟連接,容易泄��
2.校驗(yàn)不方��
3.傳感器在�(xiàn)場放�,與物料接觸多容易腐蝕,傳感器多,維修成本高�
建議:如果物料計(jì)量精度要求高,可用質(zhì)量流量計(jì)�
一般傳感器采用惠更斯電橋測�,應(yīng)用中是幾�(gè)稱重傳感器并�(lián)在一起,輸出信號(hào)為平均信�(hào)�
本文作者從重量傳感器使用角�,對(duì)傳感器的最小檢定分度值參�(shù)Vmin�(jìn)行了探討,著重討論了制造商提供最小檢定分度值Vmin的必要性,給出了一種最小檢定分度值Vmin的確定方�,闡述了最小檢定分度值Vmin與最小靜載荷輸出溫度影響(ZTC)之間的�(guān)��
一、概�
重量傳感器的國標(biāo)和檢定規(guī)程已與國際接�,目前重量傳感器�(zhí)行的國標(biāo)和檢定規(guī)程為GB/T7551-1997《重量傳感器�,JJG669-2003《稱重傳感器檢定�(guī)程�,其中GB/T7551-1997《重量傳感器》等效采用國際建議OIMLR60�1991,JJG669-2003《稱重傳感器檢定�(guī)程》等效采用國際建議OIMLR60�2000。重量傳感器的國�(biāo)滯后于檢定規(guī)程,使得生產(chǎn)廠家�(duì)OIML R60�2000國際建議(以下簡稱R60國際建議)的理解未統(tǒng)一,直接影響到R60國際建議的宣�、推廣。為與R60國際建議接軌,國�(nèi)各有條件的生�(chǎn)廠家均�(jìn)行了R60國際建議的導(dǎo)入工�。目�,國�(nèi)廠家�(zhí)行R60國際建議的并不多,主要原因是�(duì)國際建議某些概念和規(guī)定的理解不透徹,拿不準(zhǔn),另�,由于不具備�(biāo)�(zhǔn)要求的試�(yàn)裝備,也限制了生�(chǎn)廠家�(duì)�(biāo)�(zhǔn)的貫�� 本文參考了國外公司樣本,結(jié)合本人對(duì)R60國際建議的學(xué)�(xí),探討了稱重傳感器參�(shù)最小檢定分度值Vmin的確定和�(jì)算方�,從使用角度談了重量傳感器最小檢定分度值Vmin參數(shù)的理��
�、重量傳感器最小檢定分度值Vmin的理�
1. 提供重量傳感器最小檢定分度值Vmin的必要�
JJG669-2003《稱重傳感器檢定�(guī)程》中4.7.2條規(guī)定:如果4.6條要求的信息沒有�(biāo)記在重量傳感器上,那么這些信息�(yīng)由制造者在隨重量傳感器的文件中提供。與此同�(shí)�4.7.1條要求的信息也應(yīng)在文件中給出。其中的E)條:最小檢定分度值參�(shù)Vmin,為制造者應(yīng)提供給用戶的�(qiáng)制性信息之一。這是生產(chǎn)商給客戶提供重量傳感器最小檢定分度值Vmin的強(qiáng)制性要�,重量傳感器生產(chǎn)商必須提�,目前國�(nèi)提供最小檢定分度值Vmin的生�(chǎn)廠家不多�
在JJG669-2003《稱重傳感器檢定�(guī)程》中4.6.6.2非強(qiáng)制性附加信息中�(guī)定:�4.6.1�4.6.6.1條要求的信息外,�(duì)每�(gè)重量傳感器可以提供下列信息:a)對(duì)于服從OIML R76的多量程秤可以提供Y,這里Y=Emax/Vmin。b� �(duì)于服從JJG555-1996多分度值秤可提供Z,這里,Z=Emax/�2*DR�。DR為允許的最小靜載荷輸出恢復(fù)�。這是�(duì)重量傳感器最小檢定分度值Vmin非強(qiáng)制性的要求,因�,對(duì)于應(yīng)用于多分度值秤場合的重量傳感器,生�(chǎn)廠家�(yīng)提供Y和Z�
2. 一種確定重量傳感器最小檢定分度值Vmin的方�
重量傳感器最小檢定分度值Vmin定義:重量傳感器測量范圍可以分成的最小檢定分度值(�(zhì)量)。它是使用或檢定�(shí),重量傳感器測量范圍�(nèi)可以分成的最小質(zhì)量單位。重量傳感器作為衡器的心臟部�,在衡器秤量只應(yīng)用了傳感器的測量范圍(Dmax-Dmin)的一部分。從使用角度來講,傳感器量程Emax中有多少用于�(jì)量范圍,這是傳感器使用者選型時(shí)必須考慮�。通常傳感器選擇時(shí)有如下的原則:秤�(tái)自重+額定容量+振動(dòng)、沖擊分量≤0.6倍重量傳感器�?cè)萘浚簿褪钦f重量傳感器在使用�(shí)不一定用足該重量傳感器評(píng)定時(shí)的測量范圍(Dmax-Dmin�,事�(shí)�,絕大多�(shù)重量傳感器在使用�(shí)僅用到其測量范圍的某一段,衡器的計(jì)量范圍Max只應(yīng)用了傳感器量程的一部分。對(duì)于N只重量傳感器組成的秤,根�(jù)JJG555-1996�5.8.1要求,重量傳感器的秤量應(yīng)符合下述要求:Emax>Q·Max·R/N R為載荷傳遞裝置的縮小比,N為重量傳感器�(gè)�(shù),Q為修正系�(shù),變換后可以得到�
Max/N<Emax·P (P= 1/ Q·R�
這里,將P定義為量程利用率,P�1。量程利用率P是考慮到偏�、承載器的自�、初始置零范圍和載荷分布不均勻性因素影�。對(duì)于秤量已確定的衡�,其重量傳感器量程Emax的選擇是綜合Max、N、P后確定的。在Emax·P范圍�(nèi)要達(dá)到傳感器的測量范圍(Dmax-Dmin)的�(zhǔn)確度,必須保證Emax·P范圍�(nèi)有足夠的分辨�,也就是說最小檢定分度值參�(shù)Vmin的確定強(qiáng)�(diào)了重量傳感器�(yīng)用時(shí),所使用重量傳感器量程的下限。而R60國際建議并未�(duì)重量傳感器的靈敏度范圍作出規(guī)�,對(duì)于使用者來�,在重量傳感器測量范圍內(nèi)確定其使用量程的下限,關(guān)系到使用儀表的選用及與使用儀表分辨率的匹��
3. 最小靜�(fù)荷輸出溫度影響(ZTC)與最小檢定分度值Vmin的關(guān)�
根據(jù)GB/T7551-1997�(guī)定的C�(jí)傳感器有�
ZTC/5℃[[%]Emax�*[%]Emax[g]≤0.7Vmin[g� (PLC=0.7�
因此知道了Vmin可以�(jì)算出重量傳感器最小靜�(fù)荷輸出溫度影響(ZTC)的上限�,換言之不同準(zhǔn)確度的重量傳感器,其最小檢定分度值Vmin也是不同��
例Emax�500kg C3 量程利用率P�30[%];Max=Emax*P�150kg
因e = Max/n (n�3000� Vmin≤e*R/N1/2(R,N這里均為1�
e為秤的分度�,R為載荷傳遞裝置的縮小�,N為稱重傳感器�(gè)�(shù),為便于分析,本文例子中承載器支承點(diǎn)均為1� 則Vmin=Max / 3000�50g(此處數(shù)值應(yīng)�1×10K�2×10K�5×10K選取,其中k為正、負(fù)整數(shù)和零�
ZTC/5℃[[%]Emax�*[%]Emax[g]=0.7*50g = 35g
ZTC/[[%]Emax /℃]=0.7*Vmin/(Emax*5℃)=0.0014[%]Emax/�
上例表明,量程利用率�30[%]的重量傳感器,準(zhǔn)確度為C3,其最小靜�(fù)荷輸出溫度影響(ZTC)的允許值為14ppm/℃。不同量程利用率下的單點(diǎn)重量傳感器的ZTC允許值見下表:(重量傳感器準(zhǔn)確度C3�3�(jí)秤)
以上可以看出,具有相同量程(Emax)的重量傳感�,其測量范圍(即量程利用率)越小,則最小檢定分度值Vmin越小;準(zhǔn)確度相同,量程不同的單點(diǎn)傳感�,若量程利用率相�,則可以有相同的ZTC�
4. 多分度值秤中Vmin的有�(guān)要求
�(duì)符合JJG555-1996多分度值秤可提供Z,同�(shí)滿足ZTC,也就是�,重量傳感器�(yīng)用于多分度值秤的場�,有如下�(guān)系(重量傳感器按C3�(jí)): Z=Emax/�2*DR�
Vmin[g]≥ZTC/5℃[[%]Emax�*[%]Emax[g�/0.7 (PLC=0.7�
依據(jù)JJG555-1996� 5.8條對(duì)重量傳感器的要求,可以確定在多分度值秤的場合下,重量傳感器必須滿足下列條件�
Vmin≤e1 (e1:多分度值秤中局部稱量范圍內(nèi)的檢定分度值)
Z≥Maxn/ e1 (注:Emax>Maxn,DR�0.5v[g�,V≥Vmin[g�,Vmin[g]≤e1[g])
nLc≥Maxi/ei (i=1�2�3……) (注:nLc≥n,nLc≥ni�
例如:一�(tái)多分度值秤秤量Max�15kg 3�(jí) 檢定分度� e1�1g 0�2kg n1=2000, e2�2g 2kg�5kg n2=2500, e3�10g 5kg�15kg n3=1500
則傳感器必須滿足下列條件�
Vmin�1g, Z�15000, nLc�3000 其首次檢定的允許誤差參見JJG555-1996�4.3條注�,這里不再贅述�
�、結(jié)束語
以上是從重量傳感器應(yīng)用和使用者的角度討論了對(duì)Vmin的理�,給出了一種Vmin的確定方�,探討了多分度值秤中Vmin的有�(guān)要求,難免帶有片面性,目的是拋磚引�,促�(jìn)同行�(duì)國標(biāo)和R60國際建議的交流,形成�(tǒng)一的認(rèn)�(shí),加快重量傳感器�(biāo)�(zhǔn)與R60國際建議的接��
一�(tái)高準(zhǔn)精度的電子衡�, 幾乎很少采用一�(gè)稱重傳感�, 常有三�(gè)或二�(gè)以上的傳感器來組成傳感系�(tǒng)一方面是為了維持秤體本身的�(wěn)定另一方面可增大稱重噸�。在由多�(gè)傳感器構(gòu)成的電子衡器�, 除應(yīng)合理選定稱重傳感器的�(fù)荷和正確安裝�, 還應(yīng)注意�
1,應(yīng)在各稱重傳感器兩旁加裝如圖所示的固定支柱和千斤頂支架。固定支柱的高度�(yīng)略低于傳感器高度3mm�4mm, 以便需要更換或維護(hù)傳感器時(shí), 利用千斤頂將秤體頂起, 再在固定支柱上塞�(jìn)適當(dāng)厚度的墊�, 使傳感器與支架脫�4mm�5mm, 作為臨時(shí)支撐另一方面�(dāng)秤體超載�(shí), 起到保護(hù)傳感器的作用�
2,為防止秤體因沖擊等原因而引起水平方向運(yùn)�(dòng)�(yīng)根據(jù)秤體的結(jié)�(gòu)形式加裝適當(dāng)?shù)南尬�?。限位器安裝�(shí)不應(yīng)在垂直方向上施加任何�, 但能抵消作用在秤體上的各種水平力�
3,稱重傳感器必須安裝在水平面�, 在有載荷�(shí)也必須保持水�, 以防因傾斜而導(dǎo)致載荷分配不均而損壞傳感器�