称重传感器的选用方法

称重传感器的选用原则

1结构型式及适用范围的选择

该系统安装时应该重视的问题是:必须始终保证重物的重力线通过传感器承重轴线,而不受侧向冲击力的影响,选择的传感器本身要有良好的抗侧向能力,同时,在侧向力冲击作用下,传感器及其重力引入装置应具有迅速复位的能力和保护装置。

推荐优先考虑以下形式:

1)地磅、平台秤,XSBLSBTSSS等剪切悬臂梁系列,其突出的特点是容量大,几何尺寸小(尤其是高度小),抗侧向力强,安装简单,对力引入机构的要求不高;

2)汽车衡、轨道衡、配料秤,YS柱式系列:其本身就充当了一个不倒翁主体,能快速恢复侧向力的影响,容量大,但必须注意其安装技巧,限位装置绝对不能忽略;

3)汽车衡,JSS 型复合剪切梁系列,它以点接触式将重力引入而非同寻常,采用钢球滚动式支承,具有较强的自复位性能,抗横向冲击力强。

2悬吊式称重系统中的传感器结构型式

该系统的最大特点是传感器在受重力拉伸的状态下,重物的重力方向比较容易与传感器的几何轴线一致,复位能力强。但是对传感器的过载保护装置要求较高,安装时占据空间较大,一般只考虑中、小量程的称量情况选用。

※ 推荐优先考虑以下几种型式:

SSPSSP系列的复合弯曲梁式,其受力轴线与几何轴线几乎一致,吊钩秤中最常采用;

YBH系列板环拉伸式,容量较大,安全性好。

3环境适应性选择

用于称重系统中的传感器,一般都要长期工作在各种复杂的环境中,经受温度、湿度、粉尘、腐蚀等的考验,故必须事先对传感器密封型式做出较合理的选择。应考虑以下几点:

1)高温环境对传感器造成密封材料及焊点熔化、弹性体和应变计内应力发生结构变化等问题。对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器;另外,苛刻的场合还须加有隔热、水冷或风冷等装置。

2) 粉尘、湿热对传感器造成较大的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。不同的传感器其密封的方式是不同的,其密闭性存在着很大差异。常见的密封有密封胶充填或涂覆;橡胶垫机械紧固密封;焊接(激光焊接、氩弧焊、等离子焊等)和抽真空充氮密封。
     3)从密封效果来看,焊接密封为最佳,充填密封胶为较差。对于室内干净、干燥环境下工作的传感器,可选择充填密封胶密封的传感器,而对于一些在潮湿、粉尘性较高的环境下工作的传感器,应选择膜片热套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的传感器。
    4)在腐蚀性较高的环境下,如潮湿、酸性对传感器造成弹性体和附件受损、腐蚀等影响,应选择外表面进行过喷塑或不锈钢弹性体及不锈钢外罩,抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。
    5)电磁场对传感器输出信号干扰的影响。在此情况下,应对传感器的屏蔽性进行严格检查,看其是否具有良好的抗电磁干扰能力。
    6)易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害,而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。因此,在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求,故必须选用防爆传感器,这种传感器的密封外罩不仅要考虑其密闭性,还要考虑到防爆强度,以及电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。

4传感器数量和量程的选择

传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定)而定。一般来说,秤体有几个支撑点就选用几只传感器,但是对于一些特殊的秤体,如电子吊钩秤就只能采用一个传感器,一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。
    传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。理论上说,传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷,其称量的准确度就越高。但在实际使用时,由于加在传感器上的载荷除被称物体外,还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选用传感器量程时,要考虑诸多方面的因素,保证传感器的安全和寿命。

4.1传感器量程的计算经验公式

在充分考虑到影响秤体的各个因素后,经过大量的验证而确定的。公式如下:
     CK0K1K2K3 ( Wmax+W )/ N
     C—单个传感器的额定量程;W—秤体自重;Wmax—被称物体净重的最大值;N—秤体所采用支撑点的数量;K0—保险系数,一般取值在1.21.3之间;K1—冲击系数;K1值是根据以下使用条件确定的:a)N个传感器均匀受载,且在无振动、无冲击条件下工作时,K1=1.1-1.3b)当偶尔有冲击振动的情况时,K1=1.3-1.5

c)当在有重复性的冲击振动条件下进行动态称重时,K1=1.7;当N个传感器不均匀受载时,则根据偏载可能形成的最大载荷乘以上述系数即可;K2—秤体的重心偏移系数;K3—风压系数。
    例如:一台30t电子汽车衡,最大称量Wmax30t,秤体自重W1.9t,设计采用四只 QS-A型传感器,根据当时的实际情况,选取保险系数K01.25,冲击系数K11.2,重心偏移系数K21.03,风压系数K31.02,试确定传感器的量程。
   解:根据传感器量程计算公式:CK0 K1 K2 K3WmaxW/N
    可知: C1.25×1.2×1.03×1.02×(301.9)/412.57t

    因此,可选用量程为15t的传感器(JSS型传感器的量程一般只有10t15t20t25t30t40t50t等,除非特殊订做)。

根据经验,一般应使传感器工作在其30%70%量程内,但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器,如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等,在选用传感器时,一般要扩大其量程,使传感器工作在其量程的20%40%之内,使传感器的称量储备量增大,以保证传感器的使用安全和寿命,避免超载。

5传感器理论载荷与实际载荷的估算关系

5.1均衡载荷称重系统:

1         W

E=       ·K·       · U       

n        W

E传:传感器输出电压(mV  n:传感器数量

K:传感器灵敏系数(mV/V  W:加载重量(t

W额:额定载荷(t  U:仪表供桥电压(V

1首先将相应数据代入①式计算出单只传感器在加载重量W作用下产生的输出理论值。

2先记录传感器空秤时的输出信号值,在秤体上加一适当载荷,测量其输出值,计算二者差值,再将二者差值与式①计算值E传进行比较,若差别不大,说明传感器是正常的,否则传感器可能出现故障。

5.2对传感器为不均衡载荷系统:

       n   W

Σ Ei= K ·         · U         

i=1            W

即把各个传感器的输出电压相加求和,应等于所加载荷对一只传感器产生的输出。

                   n

1按式②计算 Σ  Ei 理论值

i=1

2参照①均衡载荷称重系统测试方法,将每只传感器进行检测。

若实测数据值与式②计算理论值相似,则说明各传感器正常,否则传感器实测中数据偏离较大传感器出现了故障。

6传感器准确度等级选择

传感器的准确度等级包括传感器的非线性、温度影响、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用传感器的时候,不要单纯追求高等级的传感器,而是既要考虑满足电子秤的准确度要求,又要考虑其成本。

 对传感器等级的选择必须满足下列两个条件:

     1)、要满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大、AD转换等处理之后显示称量结果的。因此,传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入灵敏度值,即将传感器的输出灵敏度代入传感器和仪表的匹配公式,计算结果须大于或等于仪表要求的输入灵敏度。
※传感器和仪表的匹配公式:
传感器输出灵敏度×激励电源电压×秤的最大称量÷(秤的分度数×传感器的个数×传感器量程)≥仪表的输入灵敏度

      例如:一台称量为25kg的定量包装秤,最大分度数为2000个分度;秤体采用3只型号为WSX-20 kg的传感器,灵敏度为2.0±0.002mVV,供桥电压为12V;秤采用AD4325仪表。问采用的传感器能否与仪表匹配。
     解:经查阅,AD4325仪表的输入灵敏度为0.6μVd,因此根据传感器和仪表的匹配公式可得仪表的实际输入灵敏度为:

2000 μVV×12×25(2000×3×20)5μVd0.6μvd     (d表示分度值)
所以,采用的传感器满足仪表输入灵敏度的要求,能够与所选仪表匹配。

2)、要满足整台电子秤准确度的要求。一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成,在对传感器准确度选择的时候,应使传感器的准确度略高于理论计算值,因为理论往往受到客观条件的限制,如秤体的强度差一点,仪表的性能不是很好、秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求,因此要从各方面提高要求,又要考虑经济效益,确保达到目的。