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      稱(chēng)重傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

      2011年04月02日 11:51:05人氣:1084來(lái)源:上海自動(dòng)化儀表有限公司

      在稱(chēng)重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上,新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。
      傳統(tǒng)概念上,負(fù)荷傳感器是稱(chēng)重傳感器、測(cè)力傳感器的統(tǒng)稱(chēng),用單項(xiàng)參數(shù)評(píng)價(jià)它的計(jì)量特性。舊國(guó)標(biāo)將應(yīng)用對(duì)象和使用環(huán)境條件*不同的“稱(chēng)重”和“測(cè)力”兩種傳感器合二為一來(lái)考慮,對(duì)試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法未給予區(qū)分。舊國(guó)標(biāo)共有21項(xiàng)指標(biāo),均在常溫下進(jìn)行試驗(yàn);并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項(xiàng)指標(biāo)中的zui大誤差,來(lái)確定稱(chēng)重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí),分別用0.02、0.03、0.05......1.0表示。
      衡器上使用的一種力傳感器。它能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)??紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響,稱(chēng)重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。在各種衡器和質(zhì)量計(jì)量系統(tǒng)中,通常用綜合誤差帶來(lái)綜合控制傳感器準(zhǔn)確度,并將綜合誤差帶與衡器誤差帶起來(lái),以便選用對(duì)應(yīng)于某一準(zhǔn)確度衡器的稱(chēng)重傳感器。法制計(jì)量組織(OIML)規(guī)定,傳感器的誤差帶δ占衡器誤差帶Δ的70%,稱(chēng)重傳感器的線性誤差、滯后誤差以及在規(guī)定溫度范圍內(nèi)由于溫度對(duì)靈敏度的影響所引起的誤差等的總和不能超過(guò)誤差帶δ。這就允許制造廠對(duì)構(gòu)成計(jì)量總誤差的各個(gè)分量進(jìn)行調(diào)整,從而獲得期望的準(zhǔn)確度。
      光電式傳感器  包括光柵式和碼盤(pán)式兩種。
      光柵式傳感器利用光柵形成的莫爾條紋把角位移轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)。光柵有兩塊,一為固定光柵,另一為裝在表盤(pán)軸上的移動(dòng)光柵。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿系統(tǒng)使表盤(pán)軸旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng),使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表,即可計(jì)算出移過(guò)的莫爾條紋數(shù)量,測(cè)出光柵轉(zhuǎn)動(dòng)角的大小,從而確定和讀出被測(cè)物質(zhì)量。
      碼盤(pán)式傳感器的碼盤(pán)(符號(hào)板)是一塊裝在表盤(pán)軸上的透明玻璃,上面帶有按一定編碼方法編定的黑白相間的代碼。加在承重臺(tái)上的被測(cè)物通過(guò)傳力杠桿使表盤(pán)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),碼盤(pán)也隨之轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。光電池將透過(guò)碼盤(pán)接受光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后由電路進(jìn)行數(shù)字處理,zui后在顯示器上顯示出代表被測(cè)質(zhì)量的數(shù)字。光電式傳感器曾主要用在機(jī)電結(jié)合秤上。
      液壓式傳感器  如所示,在受被測(cè)物重力P作用時(shí),液壓油的壓力增大,增大的程度與P成正比。測(cè)出壓力的增大值,即可確定被測(cè)物的質(zhì)量。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固,測(cè)量范圍大,但準(zhǔn)確度一般不超過(guò)1/100。
      電磁力式傳感器 它利用承重臺(tái)上的負(fù)荷與電磁力相平衡的原理工作。當(dāng)承重臺(tái)上放有被測(cè)物時(shí),杠桿的一端向上傾斜;光電件檢測(cè)出傾斜度信號(hào),經(jīng)放大后流入線圈,產(chǎn)生電磁力,使杠桿恢復(fù)至平衡狀態(tài)。對(duì)產(chǎn)生電磁平衡力的電流進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,即可確定被測(cè)物質(zhì)量。電磁力式傳感器準(zhǔn)確度高,可達(dá) 1/2000~1/60000,但稱(chēng)量范圍僅在幾十毫克至10千克之間。
      電容式傳感器它利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d 的正比例關(guān)系工作。極板有兩塊,一塊固定不動(dòng),另一塊可移動(dòng)。在承重臺(tái)加載被測(cè)物時(shí),板簧撓曲,兩極板之間的距離發(fā)生變化,電路的振蕩頻率也隨之變化。測(cè)出頻率的變化即可求出承重臺(tái)上被測(cè)物的質(zhì)量。電容式傳感器耗電量少,造價(jià)低,準(zhǔn)確度為1/200~1/500。
      磁極變形式傳感器鐵磁元件在被測(cè)物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化,使繞在鐵磁元件(磁極)兩側(cè)的次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測(cè)量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力,進(jìn)而確定被測(cè)物的質(zhì)量。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高,一般為1/100,適用于大噸位稱(chēng)量工作,稱(chēng)量范圍為幾十至幾萬(wàn)千克。
      振動(dòng)式傳感器 彈性元件受力后,其固有振動(dòng)頻率與作用力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化,即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力,進(jìn)而求出其質(zhì)量。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。
      振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí),V形弦絲的交點(diǎn)被拉向下,且左弦的拉力增大,右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差,即可求出被測(cè)物的質(zhì)量。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高,可達(dá)1/1000~1/10000,稱(chēng)量范圍為100克至幾百千克,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工難度大,造價(jià)高。
      音叉式傳感器(圖9 )的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件,它以音叉的固有頻率振蕩,并可測(cè)出振蕩頻率。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí),音叉拉伸方向受力而固有頻率增加,增加的程度與施加力的平方根成正比。測(cè)出固有頻率的變化,即可求出重物施加于音叉上的力,進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小,計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá) 1/10000~1/200000,稱(chēng)量范圍為500g~10kg。
      陀螺儀式傳感器,轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中,以角速度ω繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接,并可繞水平軸 Y 傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。外框架經(jīng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接,并可繞垂直軸Z 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子軸 (X軸)在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力(P/2)作用時(shí),產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z 轉(zhuǎn)動(dòng)(進(jìn)動(dòng))。進(jìn)動(dòng)角速度ω與外力P/2成正比,通過(guò)檢測(cè)頻率的方法測(cè)出ω,即可求出外力大小,進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測(cè)物的質(zhì)量。
      陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒),無(wú)滯后現(xiàn)象,溫度特性好(3ppm), 振動(dòng)影響小, 頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高,故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000~1/60000)。
      電阻應(yīng)變式傳感器 利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上,彈性元件受力變形時(shí),其上的應(yīng)變片隨之變形,并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。
      電阻應(yīng)變式傳感器的稱(chēng)量范圍為300g至數(shù)千kg,計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000~1/10000,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,可靠性較好。大部分電子衡器均使用此傳感器。
      其實(shí)稱(chēng)重傳感器就是壓力傳感器,形狀不一樣而已,通常有很多種方法傳感的,但我見(jiàn)到,用得比較多,比如地磅用的那些,一般為電渦流式
      也就是說(shuō),他有一個(gè)電渦流觸發(fā)繞組,然后還有一個(gè)傳感器感應(yīng)電渦流強(qiáng)度
      由于這個(gè)傳感器整體是金屬封裝,電渦流在其內(nèi)部,受到壓后形變,渦流就發(fā)生變化,放大后就可以讀到數(shù)據(jù)了
      然后,封裝這個(gè)東西的材料,通常選用剛性材料, 總之,就是一般的金屬,比如鋼,但肯定不會(huì)用很軟的東西的。至少電渦流方式傳感的壓力傳感器,是不會(huì)用軟金屬制造的。
      因?yàn)榧词故卿?,就算受到壓力形變那么幾微米,那么電渦流的變化也足夠感應(yīng)出到底變化了多少而且如果是軟金屬,稱(chēng)很重東西的時(shí)候,可能很容易出問(wèn)題。 
      一、什么是傳感器?
      傳感器是將被測(cè)的某一物理量(或信號(hào))按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的另一種(或同種)物理量(或信號(hào))輸出的裝置。
      被測(cè)物理量   傳感器   輸出物理量
      二、傳感器發(fā)展方向
      1.高精度、高靈敏度;
      2.高可靠性、寬溫度范圍、抗干擾強(qiáng);
      3.微型化(小尺寸、重量輕)和高強(qiáng)度;
      4.微功耗及無(wú)源化;
      5.智能化、數(shù)字化、高響應(yīng)速率;
      6.互換性好,成本低,安全無(wú)污染方向;
      7.抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、水、空氣)能力強(qiáng)方向
      8.仿生傳感器:將傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬:
      1) 光敏——視覺(jué);   2) 聲敏——聽(tīng)覺(jué); 3) 氣敏——嗅覺(jué);
      4) 化學(xué)——味覺(jué);   5) 壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)
       
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