应变式称重传感器的正确使用和选用

应变式称重传感器的正确使用和选用

对于各种称重系统而言,称重传感器是决定系统准确性和可靠性的关键部件。甚至 将称重传感器称做称重系统的“心脏”。特别是如何从种类繁多的称重传感器中选择适合的结构以及如何判别不同厂家所生 产的同类型称重传感器的性能谁优谁劣,如何正确安装称重传感器都是电子衡器制造产 业中所关心的问题,特别是对刚步入此产业的人员所关心的问题。

如何正确使用称重传感器的基本要求和选择

正确使用称重传感器最基本的要求是作用力矢量应与称重传感器的受力轴线相重 合如图 2(a)所示。而图 2(b、c 和 d)的作用力都将引起测量误差,甚至造成损坏。 b:作用力偏于称重传感器受力轴线,c:作用力存在侧向力,d:作用力存在力矩或扭 转力。

应变式称重传感器的正确使用和选用

现今制造称重传感器的厂家,生产出各式各样的称重传感器,但就其结构形式无外乎单、双梁式、“S”式、单点式和拉压式(罐形或筒形)等。各厂家制造产品不会因为 厂家不同而显示出结构上的明显差异。而从所给出的技术指标也相似或基本一样,且绝 大多数的产品均达到 C3 级。所以除了显而易见的价格和实用性以外,如何选择称重传 感器的确实是一个很实际的问题。各厂家的产品虽然都取得各权威部门颁发的称重传感 器认证书。但是这只能代表该次送交试验检测的性能。而应变式称重传感器是一种高精 确度的器件,各批次的产品在制造中的差异,可使最终成品间的性能有所不同。因为每 一批产品从弹性体本身的冶炼、锻造、热处理等不可能完全一致,所以要求对每批产品 重新确定,弹性补偿,温度补偿等,使各批次的产品都能具有相当一致的技术参数。但 是生产厂家是否都重新对每批次的产品均做了相应的补偿就不得而知。所以首选声誉好 的品牌厂家的产品是保证称重传感器质量的可靠性的基本保证。其次很多大型衡器的使 用环境远比产品认证试验的条件恶劣。如温度范围,认证试验为-10℃至+40℃。而在室 外高温可达 60℃,甚至更高。还可能受冲击力、高湿热的冲击。称重传感器的防湿是保 证其能长期使用的极重要的因素。通常用 IP 防护标准来表示称重传感器的防护等级(能 力)。由于大多数“真空密封”的称重传感器,电缆线仍然是通过一种压制配件进入到 称重传感器的壳件,不是真正的真空密封。问题是若要提高防护能力、例如由 IP67 变 为 IP68 就需要耗费更多的制造加工费,使售价提高。现在的问题是制造商往往有意夸 大了这种没有保证所支持的要求,使得 IP 级别失去它真正的意义。但是如果您的称重 系统的工作环境恶劣,温度很高。而不考虑 IP 级别(防护能力),就不要希望电阻应变 式称重传感器能在潮湿环境工作。

至于在实际工作条件下,称重传传感器受到冲击力等这类技术要求在厂家说明书中 是查不到的,而且也不属于法制认证的内容,要克服和减轻这些干扰的影响。主要是通 过传力转接头来实现。由图 1(a)、(b)中就可看出,同样的外形结构,但可配有适用 于各种工作情况的传力转接头。例如图 1(a)中称重传感器⑤的上转接头就加有橡胶层。 这样可以减轻冲击力和倾向力。

图 1(a) 带有转接头的称重传感器

图 1(a) 带有转接头的称重传感器

 

图 1(b) 带有转接头的称重传感器

图 1(b) 带有转接头的称重传感器

—————————————————–图 1说明—————————————————–

图中的符号表示称重传感器接触点与相应的承载器或安装基础间可移动的关系:

002允许沿称重传感器轴的法线方向移动,例如当温度增高时,膨胀所引起 的改变。

003带有可变位的沿称重传感器轴的法线方向移动(弹性反回效应),允 许温度胀缩和抗横向冲击。

允许倾斜,称重传感器的倾斜或承载器偏斜,可保持称重传感器轴线方 向无移动。004

005具有自对中效果与称重传感器构成一个完整的组件。

上图中介绍拉、 压、单梁和双梁各类称重传感器使用时的各种加载转接头。图 1(a)(原图 2)三个称 重传感器是拉、压式的基本结构,第二组为八种压式称重传感器示图,之后是拉式称重 传感器。

图 1(b)(原图 3)示出十种单梁式称重传感器,其后是单点式称重传感器。单点 式称重传感器对于水平移动或倾斜不存在自由度。单点式称重传感器、不锈钢称重传感 器和数字称重传感器被认为是后期在应变式称重传感器发展的三个进步点。最下面是双 梁式称重传感器。由于该资料发表较早。对有些类型的称重传感器没有介绍,如“马鞍 式称重传感器”。特别是各类称量组件,没有介绍。称量组件不仅能确保称重传感器的 正确使用,给衡器设计和制造者带来很大方便。大多数双梁式称重传感器的组件都有“自 复位(对中)”的能力。

—————————————————–图 1说明结束—————————————————–

选用称重传感器时,不只能关注称重传感器的准确度等级,还应该根据相对 DR 或 Z (Relative DRorZ)和相对 Vmin 或 Y(Relative Vmin or Y)来选适合使用的称重传感 器。参数 Z=Emax/(Z·DR)中 Emax为称重传感器的最大量程,DR 为载荷输出最小回程, 简单的说它决定了最小检定分度值(e)。Ymin 为称重传感器检定分度的最小值,它决定 了在最大量程下称重传感器的最大分辨率,即最小检定分度值(d),它由零点的温度系 数决定。它们是设计多量程和多范围秤的依据。

对多范围衡器要求:DR≤0.5e1; 对多量程衡器要求:DR≤e1; 其中 e1为第一个(最小)量程的检定分度值。 各类称重传感器的本质差别,决定于称重传感器弹性体的类别,即应变元件(英文 的 Strain gauge)的特性、结构、几何形状等。图 1(a)、(b)中的应变元件主要为我 们常见的柱式、“S”型、单梁和双梁形。此外还有轮辐式、板簧式、十字梁型等派生的 类型。 国外称重传感器制造企业和相关文章还介绍了一些弹性元件,如图 3(a)、(b)所 示。

图 3(a) 各种弹性元件结构图

图 3(a) 各种弹性元件结构图

图 3(b) 各种弹性元件结构图

图 3(b) 各种弹性元件结构图

图中 1X Bent membrane(弯曲膜片)和 X1 Axis Symmetrical element(轴对称型) 是两种值得参考的型式。国外已有一些成功的产品。

我国是电子汽车衡使用量最多的国家。在欧洲,目前电子汽车衡使用的称重传感器 主要是柱式(罐式)、包括三柱或四柱式称重传感器,这种称重传感器的主要优势在于 体积小,体格比双剪切梁式要低很多,但缺点是在安装时比双梁式困难。而在美洲国家 确认为双端剪切梁式最适合电子汽车衡和大罐使用。这类称重传感器不需要限位装置, 具有自复位功能。使系统更容易安装并减少调试费用,使电子汽车衡和大罐能达到很好的称重性能。

生产大量程称重传感器制造厂商,必需备有带有温度箱的测力装置,称重传感器能 做全程温度范围的温度补偿。为了保证产品的一致性和加工精度还应备有数控机床等。 没有这些装备能力的厂家是不太可能制造出性能一致的优良产品。

以上所介绍的只是使用称重传感器最基础的知识。称重传感器必须与适当的机构结 合,才成为完整的称重系统。所以即使选择了合适的称重传感器,还要正确的安装在称 重的机构上,才能达到理想的结果。这不仅要有很好的设计构思,还要有丰富的实践经 验才能制造出优秀的称重系统。所以要用好称重传感器应当对一些优质的产品进行认真 的研究,进而能提高衡器的制造水平。