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S型稱重傳感器量程和精度

哪些因素會(huì)影響S型稱重傳感器的使用精度？

 S型稱重傳感器是傳感器中最為常見(jiàn)的一種傳感器,主要用于測(cè)固體間的拉力和壓力,通用也人們也稱之為拉壓力傳感器,因?yàn)樗?/span>

的外形像S形狀,所以習(xí)慣上也稱S型稱重傳感器,此傳感器采用合金鋼材質(zhì),膠密封防護(hù)處理,安裝容易,使用方便,適用于吊秤,配

料秤,機(jī)改秤等電子測(cè)力稱重系統(tǒng)。

遲滯性誤差反映的是傳感器精度的主要指標(biāo)之一，誤差的大小直接影響計(jì)量精度，所以在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制影

響遲滯性的各種因素。同時(shí)也要保證在安裝傳感器的不同條件下盡量避免影響遲滯性的因素存在。

以下詳細(xì)介紹影響遲滯性的部分因素。作為傳感器的重要特性參數(shù)之一，遲滯性誤差的改善直接影響傳感器的整體誤差，要

想能夠準(zhǔn)確控制必須先了解哪些因素起到了影響作用。接下來(lái)，我們來(lái)看看哪些因素會(huì)影響S型稱重傳感器的使用精度？

    一、原材料

    彈性體：任何一種金屬材料，因?yàn)槠鋬?nèi)部的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系的復(fù)雜性，受到外力加壓后在微小晶粒之間產(chǎn)生微應(yīng)變，在外力

消失后，微應(yīng)變隨之消失，但是是否完全消失恢復(fù)到原始狀態(tài)，不同的材料則有完全不一樣的表現(xiàn)。在圖1中，我們可以看到加

載過(guò)程中的應(yīng)變曲線ε1與卸載過(guò)程中的應(yīng)變曲線ε2不重合，其差值△=ε2-ε1稱之為遲滯性，差值的大小主要取決于材料本

身成分的穩(wěn)定性、均勻性、熱處理后的金相組織等。作為稱重傳感器的關(guān)鍵元件——彈性體對(duì)此要求則更為明顯，可以通過(guò)不

同的熱處理方式提高彈性極限，以減少遲滯性。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常用的材料為40CrNiMoA，該種材料經(jīng)過(guò)合理的熱處理能取得理

想的綜合機(jī)械性能。

    應(yīng)變計(jì)：金屬應(yīng)變計(jì)的典型結(jié)構(gòu)為敏感柵，基底，被覆層和引線組成。在傳感器的應(yīng)用中，通過(guò)敏感柵的電阻應(yīng)變效應(yīng)，

將彈性體的應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)樽柚底兓�，根�?jù)材料本身存在的遲滯性來(lái)看，應(yīng)變計(jì)本身也存在遲滯性。目前世界上著名的應(yīng)變計(jì)廠在

制造應(yīng)變計(jì)時(shí)充分考慮了遲滯性的自補(bǔ)償，使其在傳感器的應(yīng)用中的影響量減到zui小。所以在選擇應(yīng)變計(jì)時(shí)要考慮到這種因

素。

    密封膠：在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中要使用大量的密封膠，主要作用為固定線路和密封。從表面上看，一般在膠固化后是比較

軟的，相對(duì)彈性體的強(qiáng)度幾乎可以忽略不記。但是對(duì)小量程產(chǎn)品，必須要加以考慮。小量程的產(chǎn)品，變形區(qū)相對(duì)薄弱，密封膠

厚度的影響程度明顯增加。

不同品質(zhì)的膠也有不同的表現(xiàn)，如果膠的硬度隨著時(shí)間的增加膠層的硬度也發(fā)生變化，則產(chǎn)品的遲滯性也會(huì)隨之變化。所以在

選用密封膠時(shí)一定選擇固化后膠質(zhì)穩(wěn)定的膠。

    二、安裝條件

    所謂的安裝條件，一方面是指稱重傳感器在安裝特殊配件（如橋式傳感器的底座）的邊界條件。這種邊界條件的影響，在

《衡器》雜志上有詳細(xì)的分析說(shuō)明，如表面狀況，安裝扭力等是zui大的影響因素，在這里不作特別說(shuō)明。另一方面是指稱重傳

感器在使用現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件，根據(jù)與不同應(yīng)用的客戶研究分析，發(fā)現(xiàn)下列情況影響傳感器或者說(shuō)是整機(jī)的遲滯性，如表面狀

況、接觸面積、安裝扭力、螺栓強(qiáng)度、承載面硬度等均會(huì)影響。這些影響因素有時(shí)會(huì)被誤診為傳感器的品質(zhì)不良。

表面狀況：是指秤臺(tái)與傳感器的接觸面的質(zhì)量，如粗糙度，平行度等。表面過(guò)于粗糙，在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)會(huì)使緊固螺栓松動(dòng)并影

響性能。如果平行度偏大，加載后會(huì)使傳感器產(chǎn)生不必要的分力，直接影響產(chǎn)品精度，同時(shí)也無(wú)法體現(xiàn)傳感器的真實(shí)精度。有

的企業(yè)為了降低成本直接將一定厚度的鋼板裁成合適的尺寸焊接到秤臺(tái)上，不經(jīng)過(guò)任何加工處理，使用初期不會(huì)有問(wèn)題，隨著

時(shí)間的延長(zhǎng)精度會(huì)越來(lái)越差。

    接觸面積：是指?jìng)鞲衅髋c秤臺(tái)固定的接觸面積。不同公司的產(chǎn)品，由于結(jié)構(gòu)和工藝的不同，接觸面的大小也是有些差別，

所以在傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中必須加以確定，并同時(shí)在傳感器的安裝使用說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)定義，以保證客戶能按照zui佳條件安裝使

用。可以參考威世特迪亞的3410產(chǎn)品，將安裝控制線標(biāo)到傳感器上，。

安裝扭力：在《衡器》雜志上曾經(jīng)介紹過(guò)橋式傳感器的安裝扭力與遲滯性的關(guān)系，在接觸面一定的條件下，安裝扭力越大，遲

滯性越小。同樣的道理，如果將傳感器安裝在不同的設(shè)備上，安裝扭力的大小也直接影響產(chǎn)品的真實(shí)精度。傳感器按照不同受

力結(jié)構(gòu)分為單點(diǎn)式，懸臂梁式，橋式，“S”式，輪輻式，柱式等六大類(lèi)。安裝扭力的影響規(guī)律對(duì)不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品是不一樣的。

例如懸臂梁傳感器，安裝扭力在100Nm時(shí)，能得到zui佳的遲滯性。扭力過(guò)大或過(guò)小，遲滯性都會(huì)變差（不同公司的產(chǎn)品安裝扭

力zui佳值會(huì)不一樣，必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)才能確定）。輪輻式傳感器的遲滯性對(duì)安裝扭力更為敏感，所以在使用時(shí)一定要依照生產(chǎn)廠

商的安裝使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行安裝，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

    螺栓強(qiáng)度：螺栓的強(qiáng)度影響與安裝扭力是一樣的，如果強(qiáng)度不足，在產(chǎn)品安裝使用一段時(shí)間之后，鎖緊力則會(huì)變松，進(jìn)而

影響精度。

    安裝面硬度：以懸臂梁傳感器來(lái)說(shuō)明，因其固定端的接觸面較小，如果硬度過(guò)低，則在使用過(guò)程中隨使用次數(shù)的增加，受

力支點(diǎn)則會(huì)移動(dòng)，受力支點(diǎn)從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，則精度會(huì)有不同程度的變化。

    上面所講述的影響因素直接與傳感器接觸，容易理解，還有一些其他因素看起來(lái)與傳感器關(guān)系不大，但卻影響傳感器的精

度。比如秤臺(tái)強(qiáng)度，基礎(chǔ)堅(jiān)固性，防塵防水等因素。秤臺(tái)強(qiáng)度的影響：以平臺(tái)秤為例，一般采用懸臂梁稱重傳感器4只，安裝在

四個(gè)角上。

    除平臺(tái)秤以外，如果汽車(chē)衡臺(tái)面的強(qiáng)度不足不但影響產(chǎn)品的精度同時(shí)也影響標(biāo)定。

    基礎(chǔ)的影響：這里面的基礎(chǔ)是指汽車(chē)衡或軌道衡的傳感器的安裝基礎(chǔ)，如一臺(tái)載荷為八十噸的汽車(chē)衡，一般使用6只或8只

稱重傳感器。傳感器通過(guò)底座與基礎(chǔ)的預(yù)埋件固定。單只傳感器的接觸面積約有250cm2，單位面積的壓力達(dá)到0.40～

0.58kN/cm2。如果基礎(chǔ)不牢固，使用一段時(shí)間后，基礎(chǔ)產(chǎn)生變化后，傳感器的特性則無(wú)法完全真實(shí)表現(xiàn)出來(lái)。與初裝標(biāo)定時(shí)的

條件會(huì)有較大的變化。

    灰塵和水的影響：這兩種因素在保養(yǎng)條件比較好的條件下不會(huì)產(chǎn)生影響，但是在室外使用的衡器，如汽車(chē)衡，軌道衡等要

特別注意。我們以水泥廠或礦山廠的汽車(chē)衡為例說(shuō)明其影響：水泥廠的環(huán)境一般很惡劣，過(guò)往全是重型汽車(chē)，隨車(chē)帶起來(lái)的灰

塵大部分屬于水泥成分，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)沉積在裸露的傳感器表面及配件間隙內(nèi)，經(jīng)過(guò)雨季或處在周?chē)�環(huán)境潮濕的現(xiàn)場(chǎng)，傳感器表面

或配件間隙的灰塵會(huì)硬化，使原本活動(dòng)的配件變成固定式的，如果配件在傳感器的變形敏感區(qū)域，則傳感器的線性和遲滯性明

顯變差。另一方面單從水或潮氣講，主要是腐蝕傳感器表面，使接觸點(diǎn)產(chǎn)生變化，特別是含有配件的產(chǎn)品，生銹后會(huì)使配件與

傳感器“銹死”在一起，而影響精度。

    曾經(jīng)遇到過(guò)一個(gè)特殊案件：客戶在夏天6月左右安裝一臺(tái)80t的汽車(chē)衡，使用6只30t的橋式傳感器，現(xiàn)場(chǎng)在北方。由于在安

裝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員將傳感器中間部位的密封條刮破，并沒(méi)有作相應(yīng)的改善，標(biāo)定后交付使用。到11月份，用戶反映汽車(chē)衡數(shù)

據(jù)不準(zhǔn)，早晨測(cè)試的數(shù)據(jù)明顯低于中午測(cè)量的數(shù)據(jù)8～10t，開(kāi)始懷疑傳感器的溫度補(bǔ)償出現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多次確認(rèn)分析沒(méi)有找到

問(wèn)題所在。根據(jù)問(wèn)題出現(xiàn)在早上的條件，建議用戶用熱風(fēng)機(jī)給傳感器加熱，半小時(shí)后再次確認(rèn)問(wèn)題消失。后來(lái)發(fā)現(xiàn)密封條刮破

的那只傳感器的變形間隙里面全是水，早晨是固態(tài)的冰，中午是水，也就是說(shuō)在早晨，變形間隙內(nèi)固態(tài)的冰阻止了傳感器受力

后變形，而這只傳感器的輸出很小，影響輸出結(jié)果。

    針對(duì)灰塵的影響，有經(jīng)驗(yàn)的廠商會(huì)采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，如增加密封罩，表面涂適量的黃油等保護(hù)。

    上述的影響因素，或多或少都會(huì)影響使用精度，在建造基礎(chǔ)和安裝過(guò)程中盡量避免，以保證長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性能。

    S型稱重傳感器基于這樣一個(gè)原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變

片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻

變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

Ｓ型稱重傳感器：攪拌樓上常用的是Ｓ型稱重傳感器

攪拌樓上常用的是Ｓ型稱重傳感器和板環(huán)式傳感器。常用的傳感器結(jié)構(gòu)形式的選擇 常用的拉式傳感器有Ｓ形，板環(huán)式以及中心

十字筋板環(huán)式等。中心十字筋板環(huán)式傳感器精度高、抗偏載性能優(yōu)異，但是價(jià)格較高，通常只在高精度測(cè)量場(chǎng)合使用。攪拌樓

上常用的是Ｓ型稱重傳感器和板環(huán)式稱重傳感器。 其中Ｓ型稱重傳感器因其精度高、抗偏載能力強(qiáng)、同時(shí)可以帶過(guò)載保護(hù)、量

程范圍寬等優(yōu)點(diǎn)用得最多。

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