电阻应变式称重传感器的故障分析

电阻应变式称重传感器的故障分析

电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下测力或称重,在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域己大量应用。它是电子衡器的核心部件。它的质量好坏是影响电子衡器计量准确度的主要因素。在实际使用中,由于受到原材料及制造工艺、安装方法、使用条件及外部环境的影响,很容易发生故障,影响电子衡器计量数据的准确及稳定的运行。因此, 了解称重传感器的基本原理及故障原因,熟练掌握故障的分析判断技术,是快速准确地处理电子衡器的故障,保证其准确、稳定运行的关键。

1基本原理

1.1组成

称重传感器主要由弹性体、应变计、检测电路3部分组成。弹性体是一个有特殊形状的结构件,它的主要作用是将力转换为形变。应变计是一种传感元件,它的作用是将变形转变成电阻变化。检测电路的主要部件是惠斯登电桥,它可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题,其功能是把电阻应变片的电阻变化转变为相应的电信号输出。它的基本电路如图1所示

001

可以推出  002

式中R1, R2, R3, R4为应变片电阻;Ui为传感器的输入信号;U0为传感器的输出信号。 当R1R3= R2R4时,我们称之为电桥平衡,这重传感器的输出电压U0 =0mV。

1.2工作原理

物料重量通过电子衡器的秤体或料斗作用于称重传感器,称重传感器的弹性体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小)。再经相应的检测电路,把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)输出,从而完成将外力变换为电信号的过程。

设R1=R2=R3=R4

当受到重力作用后,传感器的应变片电阴发生变化,假设各桥臂阻值变化相同,变量为△R,即:R1、 R3分别减小△R,  R2,  f4;分别增大△R时,可以推出传感器的输出电压为:

U0=△R/R Ui

2称重传感器的故障分析

2.1故障现象

称重传感器是电子衡器的关键部件,在现场使用中,如果传感器发生故障,将会影响到电子衡器的正常运行,称重传感器的故障现象归纳起来主要有以下几种:

①输出信号不稳定,发生跳变:

②无信号输出;

③空载时,输出信号过大;

④输出信号零位漂移;

⑤重复性差。

称重传感器发生故障,最直观的表现是电子衡器 的显示仪表显示异常:

①空载或称重过程中,仪表数据跳变;

②加载后,系统仪表无反应;

③空秤时,系统仪表显示超载或欠载符号;

④仪表数字显示零位漂移;

⑤重复性、线性均差;

⑥系统不回零。

2.2称重传感器的故障检测

由称重传感器的组成及基本电路可知,我们可以用数字万用表等不具对其质量状态、特性参数进行测量,通过对测量结果的分析,并和生产厂家给出的技术指标相比较,从而判断传感器是否发生故障。

(1)测量传感器的输入输出信号

①传感器一作时,必须由仪表提供给它一个稳定的直流供桥电压(一般都在10一15V范围内,具体数据在传感器的性能指标中已标明),若供桥电压Ui 发生变化,山式(1)可知输出信号U0必然会受到影响。
②装入电子衡器中的传感器,由于受到秤体本身(皮重)的重力作用,应变片发生微小的变形,同时,考虑到传感器白身的零点不平衡输出,空秤时,称重传感器的输出信号一般都在1 mV左右,若过大或过小,则很可能该传感器已损坏。
③在对电子衡器加载一定量的载荷时,由式(1)可知,输出信号}f,必然会随着载荷量的加大而增加。通过测量电子衡器加载状态传感器的输出信号,也可判断称重传感器的好坏。

(2)测量传感器的输入输出阻抗值

由传感器的基本电路可知,其输入输出阻抗值是 由应变片阻值、补偿电阻值等决定的。不同型号的传感器,阻抗值一也不相同。这在传感器的技术参数中已标明。在现场使用中可能会发生微小的变化,但偏差一般不会太人。通过对输入输出阻抗值的测量,也可判断出传感器的好坏。

003

我厂有一台使用8只柱式称重传感器的双台面静态电子轨道衡,在通过检定后一个.月左右,发现在空秤时,仪表显示欠载符号。打开接线盒测量并联后的传感器激励电压为12.50V,与止常值相符。而总的输出信号为一-256mV。于是,分别对8只传感器的输入输出信号进行测量,结果如表1所示。

取出4#传感器检查发现,压头处有明显裂痕,对4#传感器进行更换后,电子轨道衡恢复正常工作。

在实际使用中,经常会遇到测量所得传感器的技术参数均正常,而系气工作状态时好时坏的现象,在工作中习惯称传感器发生了“软故障”。这时系统的重复性一般都很差,这就需要对传感器的技术参数进行多次重复测量,以确认传感器的好坏。

2.3故障原因分析

引起称重传感器故障的原因是多方面的,我们可将其归为两大类。
(1)称重传感器自身质量原因引起的故障
①密封质量差。在湿度大或有积水的场所,必然会影响到内部元件和粘贴质量。
②传感器自身机械构件引起的故障。主要是由于弹性体或其它机械构件质量问题引起。
③传感器内部元件质量缺陷。应变计和各种补偿元件以及接线端子故障。
④电桥电路内的线路故障。
⑤粘贴工艺质量引起的故障。主要是由胶粘剂本身和粘贴工艺质量引起的。

(2)外界因素引起的故障
①安装小当引起的故障。安装技术指标不合格,致使传感器长期受到侧向力、冲击力等非正常受力。
②使用不当引起的故障。电子衡器长期超负荷运行,致使传感器处于过载状态,造成传感器损坏。
③使用环境条件恶劣。传感器长期处于潮湿环境中,致使元件质量下降。

3结束语

为了保证电子衡器的计量准确度及计量稳定性,必须保证称重传感器的质量。作为用户来说,首先要根据使用要求及使用条件,选择相应规格高精度、高质量的称重传感器,更要重视它的安装要求,熟悉传感器的特性参数。掌握称重传感器的故障判断方法,在口常维护工作中,以便能够快速、准确地判断出故障传感器,并及时处理,使电子衡器长期工作在最佳状态。