如何选用称重传感器
作者：管理员 发布于：2020-08-26 15:03:31 文字：【】【】【】浏览 (187)
摘要：称重传感器被喻为电子衡器的心脏，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。
称重传感器被喻为电子衡器的心脏，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。在设计电子衡器时，经常要遇到如何选用传感器的问题。称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。选用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全性和使用寿命，乃至整个电子衡器的长期可靠性。下面谈几个选用时须注意的方面：
一、环境对传感器造成的影响主要有以下几点：
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。
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。
3、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。
4、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。
5、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。
二、注重对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。
※传感器量程的计算经验公式是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：
c＝k0k1k2k3 ( 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1.2～1.3之间；k1—冲击系数；k1值是根据以下使用条件确定的：a)当n个传感器均匀受载，且在无振动、无冲击条件下工作时，k1=1.1-1.3；b)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wmax是30t，秤体自重w为1.9t，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k0＝1.25，冲击系数k1＝1.2，重心偏移系数k2＝1.03，风压系数k3＝1.02，试确定传感器的量程。
解：根据传感器量程计算公式：c＝k0 k1 k2 k3（wmax＋w）/n
可知： c＝1.25×1.2×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.57t
因此，可选用量程为15t的传感器（qs-a型传感器的量程一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t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。
三、要考虑各种类型传感器的适用范围。
传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑传感器生产厂家的建议。传感器生产厂家一般会根据传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点说明传感器的适用范围，譬如铝制单点式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；钢制悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等；钢制桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、固定式动态轴重秤、大吨位料斗秤等。故衡器厂家应尽量采纳传感器生产厂家的推荐建议。
四、还要对传感器准确度等级进行选择。
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、a／d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hsx-a20 kg的传感器，灵敏度为2.0±0.002mv／v，供桥电压为12v；秤采用url3280仪表
问采用的传感器能否与仪表匹配。
解：经查阅，url3280仪表的输入灵敏度为0.6μv／d，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 μv／v×12×25／(2000×3×20)＝5μv／d＞0.6μv／d （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。 传感器选用原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量
环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2)灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应
选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3)频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械
系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差
4)线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5)稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定
性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的
稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6)精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的
精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
一、环境对传感器造成的影响主要有以下几点：
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。
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。
3、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。
4、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。
5、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。
二、注重对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。
※传感器量程的计算经验公式是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：
c＝k0k1k2k3 ( 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1.2～1.3之间；k1—冲击系数；k1值是根据以下使用条件确定的：a)当n个传感器均匀受载，且在无振动、无冲击条件下工作时，k1=1.1-1.3；b)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wmax是30t，秤体自重w为1.9t，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k0＝1.25，冲击系数k1＝1.2，重心偏移系数k2＝1.03，风压系数k3＝1.02，试确定传感器的量程。
解：根据传感器量程计算公式：c＝k0 k1 k2 k3（wmax＋w）/n
可知： c＝1.25×1.2×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.57t
因此，可选用量程为15t的传感器（qs-a型传感器的量程一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t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。
三、要考虑各种类型传感器的适用范围。
传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑传感器生产厂家的建议。传感器生产厂家一般会根据传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点说明传感器的适用范围，譬如铝制单点式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；钢制悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等；钢制桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡、天车秤等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、固定式动态轴重秤、大吨位料斗秤等。故衡器厂家应尽量采纳传感器生产厂家的推荐建议。
四、还要对传感器准确度等级进行选择。
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、a／d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hsx-a20 kg的传感器，灵敏度为2.0±0.002mv／v，供桥电压为12v；秤采用url3280仪表
问采用的传感器能否与仪表匹配。
解：经查阅，url3280仪表的输入灵敏度为0.6μv／d，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 μv／v×12×25／(2000×3×20)＝5μv／d＞0.6μv／d （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。 传感器选用原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量
环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2)灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应
选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3)频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械
系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差
4)线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5)稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定
性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的
稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6)精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的
精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。