称重传感器原理结构线路及其应用.docx

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称重传感器原理结构线路及其应用

《检测技术与仪表》课程设计报告

题目：

《称重传感器原理、结构线路及其应用》

一、课程设计内容摘要

称重传感器———称重系统的心脏。

随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。

但其结构原理等对大多数自动化专业的初学者来说相对比较陌生，课程设计中，我们选用CXF01轮辐式传感器，针对称重传感器的工作原理、组成结构、测量电路原理图、特性及相关影响因素做进一步的学习，了解。

二、正文

第一节、称重传感器原理：

称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。

第二节、CXF01轮辐式称重传感器的结构原理图：

检测电路原理：

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。

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，可以比较方便的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。

因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。

其实称重传感器原理上就是压力传感器，形状不一样而已，通常有很多种方法传感的，但我见到，用得比较多，比如地磅用的那些，一般为电涡流式。

也就是说，他有一个电涡流触发绕组，然后还有一个传感器感应电涡流强度。

由于这个传感器整体是金属封装，电涡流在其内部，受到压后形变，涡流就发生变化，放大后就可以读到数据了。

然后，封装这个东西的材料，通常选用刚性材料，总之，就是一般的金属，比如钢，但肯定不会用很软的东西的。

至少电涡流方式传感的压力传感器，是不会用软金属制造的。

因为即使是钢，就算受到压力形变那么几微米，那么电涡流的变化也足够感应出到底变化了多少而且如果是软金属，称很重东西的时候，可能很容易出问题。

第四节、传感器的选择：

①、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。

②、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。

一般来说，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。

传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。

公式如下：

C=K-0K-1K-2K-3（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;K-0—保险系数，一般取值在～之间人;K-1—冲击系数;K-2—秤体的重心偏移系数;K-3—风压系数。

因此，可选用量程为15t的传感器（传感器的吨位一般只有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%～30%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。

③、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，要考虑厂家的建议。

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规定传感器的适用范围，譬如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等;钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、电子皮带秤、分选秤等;钢质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、大吨位料斗秤等。

最后，还要对传感器准确度等级进行选择。

④、传感器的准确度等级包括传感器的非线形、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.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情号大小，即将传感器的输出灵敏度代人传感器和仪表的匹配公式，计算结果必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

2.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。

第三节、环境给传感器造成的影响

（1）高温环境对传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体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，必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

（2）粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响。

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（氩弧焊、等离子束焊）和抽真空充氮密封。

从密封效果来看，焊接密封为最佳，充填涂覆密封胶为量差。

对于室内干净、干燥环境下工作的传感器，可选择涂胶密封的传感器，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受损或产生短路等影响，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，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紊乱信号的影响。

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：

在易燃、易爆环境下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。

其次对传感器数量和量程的选择。

第四节、称重传感器的各大影响因素

称重模块是一种新型传感器应用结构。

它将高精度剪切梁称重传感器、负荷传递装置及安装连接板等部件合为一体，既保证了剪切梁传感器高精度、长期稳定性好的特点，又解决了因安装不当造成的称量误差的问题。

称重模块分为两类：

　　·FW静载称重模块：

主要适用于侧向力较小的静载荷称重场合。

静载称重模块可以非常方便地安装在各种形状的容器上。

·CW动载称重模块：

主要适用于承受水平作用力的机械装置如流水线、传送带等，另外动载称重模块还可用于机械平台秤的改造理论上，秤的精度可以和传感器的精度相同，然而罐秤的系统因素受到如下因素的影响：

内部震动：

内部的震动是由液体的晃动和绞碎引起的，使用隔离来减少震动，在传感器和链接固定处使用减震垫将震动减小到最少，仪表（终端）采用滤波技术减少震动影响；

温度：

影响温度变化可能引起罐的热胀冷缩，而导致受力点移位，从而使得传感器不能垂直受力，如果温度超出传感器的规定，可能会损坏传感器使得测量不准确在传感器和罐之间采用一些隔热和低导热的材料。

风力影响：

风力对称会产生很大的影响，向上的风力向下的风力和侧向风力都作用在称和模块上使得容量大一点的模块以容纳模块所受的向下风力增加机械限位以保证罐的位置提供挡风条件减少风的影响-——（通常来说费用比较高）以上是部分称重传感器影响因素，其外还有地震力影响、冲击载荷、振东（外部）、湿气腐浊和杂志、压力不平衡的很多因素。

第5节、称重传感器的应用

称重传感器在我们今天的社会生活起着重要的作用，下面以称重传感器在水泥业中的应用来看。

现在，不少厂家规定其称重系统的精度在0~额定称量值的整个称量范围内为水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%。

须知，预拌混凝土国家标准要求的是实物计量精度，而一般计量仪器在0~20%范围相对误差较大，因此，还是混凝土搅拌楼（站）的行业标准中规定的20~100%的称量段满足水泥、水、外加剂±1%，砂、石料±2%的计量允许偏差更为实际一些。

更为合理的精度标注方式是采用衡器行业的术语来表述，即作为累计料斗秤，应采用自动称量准确度的等级标志和。

这类秤的检定项目与用途相适应，既包括物料试验（确定累计误差）也包括静态检定。

　　通常将级秤设计为1000分度，级秤设计为500分度。

可以看出，在高量程端级秤的误差为%，级秤的误差为%，并不比以前厂家规定的%和%静态精度高。

但是在低量程段精度要求确实是提高了。

在这种情况下需要确认所选用的传感器在低量程段能否也满足要求。

　　按秤的分度数选择传感器最简单的方法就是1000分度的秤选用1000分度的传感器，500分度的秤选用500分度的传感器。

称重传感器国家标准中准确度就是用分度数来表示的，但是由于多方面的原因，目前大多数生产厂仍用单项指标表示传感器的精度。

用户再根据单项精度指标算出综合误差。

选用起来麻烦一点。

　　国外发达国家的混凝土搅拌楼称重系统精度一般用分度数来表示，规定为1000分度。

可能与他们使用高性能混凝土所占比例高有关。

随着经济和技术的不断发展，超高层建筑、超长桥梁、大型水利工程以及其他暴露在严酷环境中的建筑对混凝土的性能提出了越来越高的要求，混凝土技术也进入了高科技时代，高性能混凝土的应用比例不断提升。

生产高性能混凝土除了要正确选用原材料、确定合理的工艺参数外，施工工艺的控制也是十分重要的。

混凝土搅拌楼中配料系统的准确度是其中重要的一环。

第6节、总结

通过做这次课程设计，让我对称重传感器有了更深一步的的认识，让我知道传感器的运用几乎融入了我们生活的方方面面：

汽车，家电，机器人，医疗器械，环境保护，航空航天，遥感技术，军事等。

可以说“没有传感器级没有现代科学技术，没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件。

传感器技术的发展已经成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。

参考网站：

参考书籍：

《称重传感器———称重系统的心脏》JackFahy（美国）

英文翻译:

蓝星沈阳轻工机械设计研究所许曼婷