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傳感器的原理及使用 傳感器如何操作

時(shí)間:2020-08-19    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
原理:在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測(cè)扭應(yīng)片并組成變橋,即為基礎(chǔ)扭矩傳感器;在軸上固定著:(1)能源環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈,(2)信號(hào)環(huán)形變壓器初級(jí)線圈,(3)軸上印刷電路板,電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號(hào)輸出電路。在傳感器的外殼上固定著:
(1)激磁電路
(2)能源環(huán)形變壓器的初級(jí)線圈(輸入)
(3)信號(hào)環(huán)形變壓器次級(jí)線圈(輸出)
(4)信號(hào)處理電路
工作過(guò)程中的使用方法:
    給傳感器提供±15V電源,激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波,經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源,通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈,得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源,該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源;由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源,該電源既作為電橋電源,又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí),應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào),再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào),通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈,再經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào),該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙,加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi),形成有效的屏蔽,因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 
    傳感器輸出的頻率信號(hào)在零點(diǎn)時(shí)為10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時(shí)為5KHz。即滿量程變量為5000個(gè)數(shù)/每秒。轉(zhuǎn)速測(cè)量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測(cè)量方法,軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個(gè)脈沖,高速或中速采樣時(shí)可以用測(cè)頻的方法,低速采樣時(shí)可以用測(cè)周期的方法。此傳感器精度可達(dá)±0.2%~±0.5%(F•S)。由于傳感器輸出為頻率信號(hào),所以無(wú)需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 
傳感器在商用電子秤中是如何應(yīng)用的?

    商用電子計(jì)價(jià)秤在國(guó)內(nèi)各大城市得到了日益廣泛的使用。這種以電阻應(yīng)變式稱重傳感器為轉(zhuǎn)換部件的計(jì)價(jià)秤,已逐折在國(guó)內(nèi)取代傳統(tǒng)的機(jī)械式案秤和光柵式碼盤秤。這種電阻應(yīng)變式二計(jì)價(jià)秤用稱重傳感器的誤差已可做到小于滿量程的0.02%。所一以,電子計(jì)價(jià)秤已能完全符合國(guó)際商用秤2500分度的精度要求。目前,3000分度的電子計(jì)價(jià)秤已屬一般產(chǎn)品,不少先進(jìn)國(guó)家已制成了5000~6000分度的電子計(jì)價(jià)秤。

 

 

    電阻應(yīng)變式商用電子秤精度高、反應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、抗振抗沖擊性能強(qiáng),能廣泛應(yīng)用于商業(yè)計(jì)價(jià)秤、郵包秤、醫(yī)療秤、計(jì)一數(shù)秤、港口秤、人體秤及家用廚房秤。

    電阻應(yīng)變式商用電子秤精度高、反應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)緊湊、抗振抗沖擊性能強(qiáng),能廣泛應(yīng)用于商業(yè)計(jì)價(jià)秤、郵包秤、醫(yī)療秤、計(jì)一數(shù)秤、港口秤、人體秤及家用廚房秤。

    電子計(jì)價(jià)秤在秤臺(tái)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)顯著特點(diǎn)是:一個(gè)相當(dāng)大的秤臺(tái),只在中間裝置一只專門設(shè)計(jì)的傳感器來(lái)承擔(dān)物料的全部重量。這與傳統(tǒng)的用4個(gè)傳感器作支承的秤臺(tái)在結(jié)構(gòu)上截然不同。

    盡管單只傳感器支承了一個(gè)大面積的秤臺(tái),但仍能保證四角誤差小于1/2000~1/3000,因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)傳感器貼片部位的銼磨,‘可以綜合消除被秤量物料在秤臺(tái)坐標(biāo)面上任意位置時(shí)的才向和,向的應(yīng)變輸出誤差。

    單只傳感器支承大秤臺(tái)的設(shè)計(jì)方案,不僅大大降低了秤臺(tái)和,傳感器的遭價(jià),而且使激勵(lì)電源、儀表的數(shù)據(jù)處理及秤的調(diào)試大為簡(jiǎn)化,大大降低了系統(tǒng)的成本。

    徽處理機(jī)的應(yīng)用,使商用電子秤具有多種功能,例如自動(dòng)跟,蹤去零、自動(dòng)去皮、單價(jià)顯示、費(fèi)用累計(jì)等,通過(guò)一定接口電、路,還可進(jìn)行自動(dòng)打印。

    稱重傳感器是一種高精度的傳感器,必須按規(guī)定的規(guī)格使用。若不按規(guī)定的規(guī)格使用,不僅不能發(fā)揮稱重的作用,而且容易損壞,尤其是絕對(duì)不準(zhǔn)超過(guò)負(fù)荷安全值使用。

    對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出,靈敏度的影響,即使采用同一批應(yīng)變片,也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差,所以對(duì)要求精度較高的傳感器,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償,解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片,并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。

    非線性誤差是傳感器特性中較為重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多,一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定,通過(guò)線性補(bǔ)償,也可得到改善。

    滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料,其特性隨溫度變化較大,所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。

    近年來(lái),商用電子計(jì)價(jià)秤已逐漸國(guó)產(chǎn)化,其它諸如郵件秤、電子磅杯等工業(yè)用商用電子秤,早幾年已能全部國(guó)產(chǎn)化。

標(biāo)簽: 電子秤
電子秤標(biāo)簽: 傳感器在商用電子秤中是如何應(yīng)用的?_電子秤組合標(biāo)題: 摘要:計(jì)價(jià)秤傳感器的準(zhǔn)確度、溫度性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性,對(duì)電子計(jì)價(jià)秤的性能有著至關(guān)重要的影響。本文分析了影響計(jì)價(jià)秤傳感器質(zhì)量的各種因素,結(jié)合制造工藝重點(diǎn)介紹了計(jì)價(jià)秤傳感器的質(zhì)量控制問(wèn)題,并提出使用中的注意事項(xiàng),以及安裝調(diào)試等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:電子計(jì)價(jià)秤 計(jì)價(jià)秤傳感器 溫度性能 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 質(zhì)量管理

一、前言

1998年到2003年,國(guó)家質(zhì)檢總局對(duì)電子計(jì)價(jià)秤產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了6次國(guó)家監(jiān)督抽查,合格率一直徘徊在50%左右,其中絕大部分是稱重傳感器溫度性能不合格。由于計(jì)價(jià)秤傳感器價(jià)值量偏低,受計(jì)價(jià)秤產(chǎn)品成本的影響,生產(chǎn)廠家竟相壓低成本,使得傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量下降,最終導(dǎo)致電子計(jì)價(jià)秤的產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求,損害消費(fèi)者利益。要提高電子計(jì)價(jià)秤的產(chǎn)品質(zhì)量,首先要抓好計(jì)價(jià)秤傳感器的質(zhì)量,較為重要的是要抓好傳感器的溫度性能。等效采用OIML R60國(guó)際建議的新國(guó)標(biāo)GB7551-1997《稱重傳感器》,對(duì)于傳感器的性能評(píng)價(jià)有了詳細(xì)的要求,“必須認(rèn)識(shí)到稱重傳感器可能具有小的非線性、滯后誤差和適中的溫度誤差;或者恰好相反,可能具有適中的非線性、滯后誤差和小的溫度誤差"。所以使用了允許總誤差帶作為限制因素。另一方面,傳感器的質(zhì)量是由使用的各種原材料的質(zhì)量、工藝因素、質(zhì)量管理等多方面原因決定的,解決了技術(shù)問(wèn)題,在管理上沒(méi)有下工夫,仍然不能獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品,尤其是在批量生產(chǎn)的條件下,管理方面小的失誤,就可能造成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)大量的損失。稱重傳感器的生產(chǎn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,只有將技術(shù)與質(zhì)量管理有效的結(jié)合,才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

二、影響計(jì)價(jià)秤傳感器質(zhì)量的幾個(gè)因素

總結(jié)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn),在傳感器的生產(chǎn)中,一般要考慮如下的因素:

1、應(yīng)變計(jì):包括基底(膠)材料,金屬箔材,結(jié)構(gòu)(有無(wú)蓋膜,絲柵尺寸),級(jí)別,測(cè)試方法,出廠標(biāo)準(zhǔn)等;

2、貼片膠:包括品牌,品質(zhì),材料性質(zhì),使用期限,使用方法,是否易于工藝控制等;

3、彈性體:包括材質(zhì),批次的同一性,化學(xué)成分,熱處理狀態(tài),機(jī)械性能,加工精度等;

4、貼片及裝配工藝:包括夾具設(shè)計(jì),壓力,膠塊尺寸,壓力施加的穩(wěn)定性,固化溫度,焊點(diǎn)質(zhì)量,電纜線的質(zhì)量等;

5、防潮措施:主要是防潮材料的性能,防潮工藝,材料的耐侯性能等;

6、應(yīng)變計(jì)與彈性體蠕變匹配:應(yīng)變計(jì)、彈性體生產(chǎn)批號(hào)的變更,會(huì)影響傳感器的蠕變性能,所以,要進(jìn)行傳感器的蠕變匹配;

7、傳感器的溫度補(bǔ)償:包括零點(diǎn)溫度和靈敏度溫度補(bǔ)償。這個(gè)工序決定了傳感器的準(zhǔn)確度。在按照新國(guó)標(biāo)的要求對(duì)傳感器進(jìn)行的評(píng)價(jià)時(shí),高低溫性能尤其重要。

8、傳感器的安裝:螺絲的材質(zhì)和夾緊力,彈性體和安裝面的平整程度,有無(wú)毛刺;安裝面材質(zhì)的影響:不銹鋼,電鍍鋼材,鑄鋁,鑄鐵等,由于結(jié)合面摩擦力的不同,對(duì)傳感器溫度性能的影響;

9、四角誤差的調(diào)整:四角調(diào)整工裝與秤臺(tái)的安裝位置關(guān)系,調(diào)整量對(duì)零點(diǎn)的影響,四角的精度等。

三、對(duì)上述影響因素的控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提

計(jì)價(jià)秤傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,電路也不復(fù)雜,在質(zhì)量控制中,關(guān)鍵是抓好重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

1、關(guān)于應(yīng)變計(jì)、貼片膠、彈性體的質(zhì)量控制

一般來(lái)說(shuō),這三種材料是做好傳感器的基礎(chǔ),是前提條件,基礎(chǔ)做不好,就不可能有好的質(zhì)量。所以,要選擇有質(zhì)量信譽(yù)的生產(chǎn)廠家,一般是大公司,如生產(chǎn)規(guī)模較大或銷售額較大的公司。由于材料批號(hào)的變更會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)與彈性體性能不匹配,造成傳感器性能不合格,而工藝的調(diào)整和控制,牽涉到彈性體尺寸、補(bǔ)償電阻阻值等一系列的問(wèn)題,故對(duì)基礎(chǔ)材料,要嚴(yán)格的選擇和控制。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)廠家質(zhì)量管理的了解,試用中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的考核,批次生產(chǎn)中對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的控制處理等,嚴(yán)格的篩選應(yīng)變計(jì)、貼片膠、彈性體材料。對(duì)這些問(wèn)題,研究和探討的技術(shù)論文較多,推薦的產(chǎn)品也很多,可供參考。

2、貼片和固化工藝

這是制做一個(gè)高品質(zhì)傳感器的關(guān)鍵,決定了傳感器的質(zhì)量。傳感器生產(chǎn)廠家都知道它的重要性,但各家采取的方法卻有所不同。關(guān)鍵在于嚴(yán)細(xì)程度。一是環(huán)境要清潔;二是操作者自身要作好清潔防護(hù),如:不能化妝,防止油性物質(zhì)污染彈性體;戴好口罩,手套等,防止人的唾液濺到應(yīng)變計(jì)上;三是膠水的使用要嚴(yán)格按照說(shuō)明書的要求執(zhí)行,如配膠方法,儲(chǔ)存條件,使用注意事項(xiàng),固化溫度及時(shí)間,壓力,失效期等;四是彈性體要清潔,貼片部位要擦拭干凈,不能有油脂、污物、砂粒等,影響膠粘質(zhì)量;五是應(yīng)變計(jì)的粘貼和固定要準(zhǔn)確,粘貼中不能損傷到應(yīng)變計(jì)的絲柵,不要偏離定位尺寸,應(yīng)變計(jì)不能產(chǎn)生滑移;六是要防止貼片膠在連續(xù)使用中受到污染;七是夾具的施壓應(yīng)準(zhǔn)確,符合設(shè)計(jì)要求,不能對(duì)應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生橫向力,高溫固化時(shí)不能產(chǎn)生熱松弛;八是固化溫度和保溫時(shí)間要適當(dāng),符合膠粘劑的固化溫度要求;另外,耐溫橡膠塊的尺寸大小,厚度,硬度等,都會(huì)對(duì)應(yīng)變計(jì)的粘貼性能造成影響。還有一些影響因素,如操作的方式,操作者的細(xì)心程度,涂膠的尺寸等,都需要貼片人員在實(shí)踐中摸索和掌握。

3、防潮措施

防潮措施是保證傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的一項(xiàng)措施。計(jì)價(jià)秤傳感器在潮濕的環(huán)境中使用時(shí),若秤的密封性能不好,會(huì)使傳感器受到濕熱的影響,使應(yīng)變計(jì)及密封材料受潮,絕緣下降,造成秤的零點(diǎn)漂移。一般防潮材料是硅膠、聚胺脂等,還有橡膠類防潮劑。選擇時(shí)考慮的因素有:一、不能影響傳感器的性能,尤其是蠕變性能,或者影響量有據(jù)可循;二、便于施工,固化,易于操作,高溫固化時(shí)不損壞傳感器的器件;三、防護(hù)效果有效;四、較為重要的一點(diǎn)是按照GB7551-1997《稱重傳感器》的要求,進(jìn)行濕熱實(shí)驗(yàn),可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求;五、特殊的要按照使用環(huán)境的要求,如,鹽廠、海水養(yǎng)殖廠、魚(yú)市等,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),應(yīng)該達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或使用的要求。后者可以根據(jù)需要,與使用方達(dá)成協(xié)議,如保證兩年,還是五年不出問(wèn)題。只有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和計(jì)價(jià)秤現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用,才能保證傳感器的性能不出問(wèn)題。近幾年來(lái),國(guó)外有許多優(yōu)秀的防潮材料在傳感器上獲得應(yīng)用,制定的傳感器防潮標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)有較大提高,很好地保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

4、傳感器蠕變性能匹配和溫度補(bǔ)償

八十年代末期,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了蠕變自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì),利用應(yīng)變計(jì)柵頭部分結(jié)構(gòu)尺寸的改變,來(lái)完成傳感器的蠕變補(bǔ)償,使之達(dá)到規(guī)定的精度。對(duì)于計(jì)價(jià)秤傳感器來(lái)說(shuō),由于彈性體是鋁材,所以,傳感器的蠕變性能就與應(yīng)變計(jì)和鋁材有關(guān),以及與應(yīng)變計(jì)的粘貼技術(shù)有關(guān)。當(dāng)鋁材的批號(hào)發(fā)生變化時(shí),就要對(duì)傳感器的蠕變性能進(jìn)行考察,當(dāng)然,對(duì)于傳感器的高低溫蠕變性能,也要進(jìn)行考察,以保證傳感器的性能符合使用要求。在此之間,要確保貼片、固化工藝和夾具的質(zhì)量穩(wěn)定,只有一個(gè)變化的因素。當(dāng)確定了新材料需匹配的應(yīng)變計(jì)蠕變補(bǔ)償號(hào)之后,才具備了批量生產(chǎn)的必備條件之一。目前,應(yīng)變計(jì)生產(chǎn)廠家對(duì)應(yīng)變計(jì)的蠕變批號(hào)做的很細(xì),完全可以保證用戶的要求。其次,要進(jìn)行傳感器零點(diǎn)溫度和靈敏度溫度補(bǔ)償。一般來(lái)講,零點(diǎn)溫度補(bǔ)償由于容易實(shí)現(xiàn),所以要全數(shù)進(jìn)行;而靈敏度溫度補(bǔ)償,由于需進(jìn)行加載、加溫測(cè)試,時(shí)間長(zhǎng),可以采取抽樣的方法,確定補(bǔ)償?shù)膮?shù),在后續(xù)的批量生產(chǎn)中應(yīng)用。若傳感器的原材料保持不變,如:應(yīng)變計(jì)、彈性體的批號(hào)不變,電纜線的材料和長(zhǎng)度不變,靈敏度溫度補(bǔ)償電阻和并聯(lián)電阻的阻值不變等,傳感器的靈敏度溫度影響是基本一定的。由于計(jì)價(jià)秤傳感器是雙孔平行梁結(jié)構(gòu),輸出的線性度很好,所以控制好了傳感器的蠕變和溫度性能后,基本上就達(dá)到了國(guó)標(biāo)三千分度的要求。至此,方可以對(duì)傳感器進(jìn)行批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)中,對(duì)鋁材的批號(hào),應(yīng)變計(jì)的批號(hào)要嚴(yán)格的控制,作好分類管理和追溯,發(fā)生不合格品要及時(shí)處理,避免與下一批次的材料相混淆。選定蠕變和靈敏度溫度補(bǔ)償?shù)膮?shù)之后,就可以進(jìn)行批量生產(chǎn)了。

5、傳感器的安裝和四角誤差調(diào)整

傳感器的安裝,影響到傳感器的性能,對(duì)于小量程的傳感器更要注意,避免在安裝中使傳感器受到較大的力,損壞到傳感器的應(yīng)變梁。力矩大小要與螺絲的大小相匹配,避免將彈性體的螺紋拉壞;彈性體和秤架的結(jié)合面,不能有突起或毛刺;四角調(diào)整工裝與傳感器的中心相對(duì)位置,要與秤架的位置相匹配。若彈性體應(yīng)變梁的壁厚不均,或者應(yīng)變計(jì)的粘貼位置偏離,造成四角誤差較大,在調(diào)整中還要注意用力不當(dāng)會(huì)引起零點(diǎn)變化以及造成傳感器的零點(diǎn)不穩(wěn)定。傳感器的零點(diǎn)溫度補(bǔ)償是在傳感器不受力的情況下進(jìn)行的,當(dāng)在秤上安裝后,要注意考察在傳感器受力的情況下,零點(diǎn)溫度的值是否會(huì)發(fā)生變化。

以上是我們?cè)诠ぷ髦械囊恍w會(huì)。認(rèn)真的抓好技術(shù)和管理,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),就一定可以生產(chǎn)出高精度計(jì)價(jià)秤傳感器。

參考文獻(xiàn)
劉九卿:《我國(guó)稱重傳感器總體質(zhì)量水平急待提高》《衡器》2005年第1期

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