正確選擇稱重傳感器

稱重傳感器就是將衡器的承載力正確地測量、并完整地輸送到稱重儀表中去，如果在設(shè)計過程中對稱重傳感器，特別是數(shù)字式稱重傳感器的一些基本參數(shù)；使用過程中不能全面考慮到環(huán)境的溫度、濕度影響；在安裝過程中不能正確執(zhí)行工藝文件；就會直接影響到整臺衡器的計量性能。

　　一、熱脹冷縮影響

　　對于以前汽車衡承載器的長度在12~14m的情況下，承載器的熱脹冷縮不是一個突出的問題，但是當(dāng)承載器的長度達到18m以上后，就成為一個不容忽視的問題了。固然對承載器限位裝置的設(shè)計產(chǎn)生一個的影響，但是對如何選擇稱重傳感器產(chǎn)生的影響就更大。我們知道，由于稱重傳感器結(jié)構(gòu)受力特點所確定，金屬的線膨脹系數(shù)：溫度范圍20～100℃（如果實際使用范圍為60℃時），碳鋼10.6～12.2/10-6℃-1（選用11.4/10-6℃-1），對于一臺長18m的汽車衡來講，其變化應(yīng)為：18000mm×60×11.4/10-6=12.312mm。

　　這樣就出現(xiàn)兩個問題：

　　一個是，承載器與兩端通道的間距問題；

　　一個是，稱重傳感器的抗偏載性能問題。

　　1、間距

　　這個間距不是承載器限位間隙，承載器的限位間隙是可調(diào)節(jié)的，而這里所講的這個間距是不可調(diào)節(jié)的，是在制造基礎(chǔ)時就已經(jīng)固定的了。所以一定需要在制造基礎(chǔ)時，考慮到使用現(xiàn)場可能的溫度范圍，及可能造成的熱脹冷縮承載器長度變化，兩端間距的總尺寸一定要大于熱脹冷縮的變形量。

　　2、稱重傳感器的抗偏載性能

　　目前電阻應(yīng)變式稱重傳感器的抗偏載性能排列次序為：柱式→圓筒式→蝶式→平行梁式→懸臂梁式→橋式→輪輻式（當(dāng)然對于柱式雙膜片稱重傳感器來講，比普通單膜片結(jié)構(gòu)要好一些；雙球面結(jié)構(gòu)的比單球面結(jié)構(gòu)的要好一些）。這里必須注意以上只是從外形上辨別的，從結(jié)構(gòu)原理上的排列次序為：

　　柱式正應(yīng)力→梁式正應(yīng)力→單剪應(yīng)力→雙剪應(yīng)力。

　　從以上抗偏載性能的排列次序可以清楚地看出，在使用柱式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器時應(yīng)該注意熱脹冷縮的問題，比如所選用的產(chǎn)品其規(guī)定的偏載角度是多少？是否能夠滿足稱量性能的要求？有的制造企業(yè)在產(chǎn)品樣本上介紹，其生產(chǎn)的柱式稱重傳感器性能范圍在3°之內(nèi)能夠保證計量性能，這是一種負責(zé)任企業(yè)的表現(xiàn)。但是，我不知他們是如何測試出來的，因為據(jù)我淺顯的知識所了解，在帶一定斜度的工作臺上進行稱重傳感器的測試是非常危險的。

　　二、zui大秤量影響

　　1、靈敏度影響問題

　?。?）目前常用的稱重傳感器當(dāng)中，其靈敏度通常為2mV/V。雙剪切梁式（橋式）結(jié)構(gòu)、單剪切梁（懸臂式）結(jié)構(gòu)、平行梁結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為2mV/V，柱式結(jié)構(gòu)的靈敏度通常為1mV/V，另有一小部分懸臂梁結(jié)構(gòu)、S型的靈敏度為3mV/V。動態(tài)電子軌道衡在稱量過程中因為有較大的沖擊載荷，所以使用靈敏度指標是1mV/V的，zui大秤量為20噸的柱式稱重傳感器產(chǎn)品；一般靜態(tài)稱量用的衡器，如，汽車衡、平臺秤等產(chǎn)品，由于相對沖擊載荷較小，使用靈敏度2mV/V的稱重傳感器；一些采用杠桿系統(tǒng)的，或者一些不易產(chǎn)生偏載影響的料斗秤、稱量液態(tài)物質(zhì)的衡器，可以使用靈敏度3mV/V的稱重傳感器。

　?。?）可能有的朋友要講，在R76-1《非自動衡器》國際建議（2006版）中，對非自動衡器模塊兼容性核查時，針對不同結(jié)構(gòu)的衡器只是給出了一個修正系數(shù)Q，根本就沒有考慮稱重傳感器的“靈敏度”問題，你在這里是否也在故弄玄虛？實際上，同樣兩個zui大秤量一樣的稱重傳感器，如果一個靈敏度為1mV/V，而另一個靈敏度為2mV/V，那么其使用情況是完全不一樣的。因為相對來講，兩者之間實際載荷能力相差一半左右。換句話講，如果兩者靈敏度相當(dāng)，則靈敏度為1mV/V的稱重傳感器比靈敏度為2mV/V的稱重傳感器負載能力大一倍。

　　2、交變應(yīng)力影響

　　許多衡器產(chǎn)品都是在動載荷作用下工作的，很少有衡器是在靜止稱量的，所以在選擇稱重傳感器時，一定要考慮沖擊作用力的影響，在設(shè)計選擇稱重傳感器是留有一定的安全余量。但是，像汽車衡、軌道衡等一些衡器，其不但受到?jīng)_擊載荷的影響，還受到交變作用力的影響，這些交變作用力對稱重傳感器的破壞力，在某些環(huán)境下對一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的破壞力有時大于瞬時作用力，在這樣作用下產(chǎn)生的破壞被成為“疲勞破壞”，與靜載荷下的破壞迥然不同，其破壞時應(yīng)力低于材料的強度極限，甚至低于屈服極限。

　　三、安裝影響

　　1、固定稱重傳感器的螺栓對安裝力矩的要求

　　稱重傳感器安裝的緊固力度如何，是保證其使用中的邊界條件是否能穩(wěn)定的前提。裝配時緊固力度太大，有可能將緊固螺栓扭斷；緊固力度較小，有可能達不到安裝要求。稱重傳感器不論是安裝在承載器上，還是安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，都必須達到在重量對承重點作用后，其固定點不會發(fā)生松動，所以固定點選用的螺栓材質(zhì)、直徑和預(yù)緊力矩都有嚴格的要求。力矩T=k?d?F（其中k=0.2）

　　直徑預(yù)緊力F強度

　　M8M10M12M16M20M24M27M30M36

　　5.6級102016202360440068609880129001570019400

　　普通

　　6.8級16102550371069001080015500202002470035900

　　8.8級21203360489091101470021200275003370049000

　　高強度

　　10.9級304048107000130002030029300381004660067800

　　例如，選用10.9級M24的高強度螺栓，

　　旋轉(zhuǎn)力??0.22429300140640140TkdFkgmmkgmmkgm==××?=?≈?

　　2、安裝力矩對稱重傳感器應(yīng)力的影響

　　對于某些結(jié)構(gòu)的稱重傳感器來講，由于其應(yīng)變區(qū)與安裝位置間隔比較近，在設(shè)計時又沒有考慮隔離區(qū)，所以用于固定稱重傳感器的作用力如果處理的不合適，將會影響稱重傳感器的正常輸出信號。比如，電子計價秤使用的“平行梁式”稱重傳感器，其偏載誤差都是在安裝結(jié)束后再修正，因為固定稱重傳感器的螺釘位置與應(yīng)變片粘貼位置同側(cè)面，且距離比較近，如果設(shè)計在兩端的效果就會好的多。80年代引進美國的吊秤中使用的稱重傳感器在固定位置與應(yīng)變區(qū)之間設(shè)計了一道隔離槽，就是為了減少安裝力矩對計量性能的影響。

　　四、稱重傳感器防護

　　“防護等級”這個名詞出自國家標準GB/T4208-1993《外殼防護等級（IP代碼）》，在標準的適用范圍中規(guī)定，它適用于低壓電器外殼的防護分級。而不適用于低壓電器對機械損壞、易爆、腐蝕性氣體或凝濕、霉菌、蟲害等條件下使用的保護。在計量檢定規(guī)程JJG669-2003《稱重傳感器》（eqv國際建議R60），同樣國家標準GB/T7551-2008《稱重傳感器》也有相同的規(guī)定，對稱重傳感器的影響量zui大允許誤差，對于濕度符號分了三種類型。

　?、賹擞浻小癗H”符號的稱重傳感器，規(guī)定不進行濕度試驗；

　　②對標記有“CH”符號（或沒有濕度符號）的稱重傳感器，規(guī)定做濕熱循環(huán)試驗；

　?、蹖擞浻小癝H”符號的稱重傳感器，規(guī)定做濕熱穩(wěn)定試驗。

　　從以上標準和規(guī)程中可以看出，兩者的區(qū)別之一是“溫度”影響。防水和防塵試驗的標準環(huán)境條件基本是在常溫下進行的，而標記有“CH”和“SH”符號稱重傳感器的濕熱試驗對溫度有比較嚴格的規(guī)定。第二，是水的表面漲力和蒸汽滲透能力的區(qū)別。雖然IPX7和IPX8的試驗要求將電器完全侵入水中，并侵入到一定深度，但是我們必須注意到，是它在同一溫度下進行的，雖然侵入水中電器會受到一定的壓力，但是水的表面漲力就能阻止水侵入到一些微小縫隙中。而在濕熱穩(wěn)態(tài)試驗時，是當(dāng)溫度升高至規(guī)定值后，再加入蒸汽達到一定濕度，這種嚴酷程度就不一樣了。因為溫度升高會使微小縫隙變大，蒸汽由于不受表面漲力的影響，潮濕的氣體就會長驅(qū)直入，從而影響產(chǎn)品的計量性能。第三，是時間問題。在防護等級IPX7中規(guī)定：“試驗持續(xù)時間至少為30min”，而在“CH”的試驗中規(guī)定：“每一個循環(huán)持續(xù)24h的12個濕熱循環(huán)組成”；在“SH”的試驗中規(guī)定：“在規(guī)定的較高溫度和85%相對濕度條件下，保持溫度、濕度穩(wěn)定兩天后進行”。一個是30min，一個是12個24h或兩天，兩者的嚴酷度相距甚遠。

　　五、數(shù)字式稱重傳感器

　　1、靈敏度概念問題

　　目前大家公認所謂的“數(shù)字式稱重傳感器”和“數(shù)字化稱重傳感器”，都不是真正意義上的“數(shù)字傳感器”，在R60《稱重傳感器》（2000版）國際建議中，認為這些都是裝有電子線路的稱重傳感器，也就是說，這些稱重傳感器沒有產(chǎn)生脫胎換骨的變化，模擬稱重傳感器中使用的技術(shù)指標，在數(shù)字式稱重傳感器中也是同等應(yīng)該遵守的。其中對“靈敏度”的定義是稱重傳感器響應(yīng)（輸出）的變化對相應(yīng)的激勵（施加的載荷）變化的比。用“mV/V”表示。在過去，大家都按這個規(guī)定來考慮“模擬式稱重傳感器”的指標的，可是怎么到了“數(shù)字式稱重傳感器”，這個“靈敏度”所表示的成了100萬碼、20萬碼等的分辨力了呢？這個“靈敏度”所反映的內(nèi)容是什么意思？這有什么用途？是否在誤導(dǎo)用戶？實際上，這個“分辨力”就是指的稱重指示器的一個模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）指標。在設(shè)計電子衡器時，選用什么規(guī)格的稱重傳感器，這個“靈敏度”指標應(yīng)該是一個重要參數(shù)。我在《如何正確使用稱重傳感器》一文中，針對模擬式稱重傳感器的技術(shù)指標，從稱重傳感器的zui大秤量、稱重傳感器的準確度、稱重傳感器的結(jié)構(gòu)、稱重傳感器的安裝等方面，針對不同衡器產(chǎn)品應(yīng)該怎樣選擇稱重傳感器。在文中提出了一個稱重傳感器“靈敏度”的指標，我認為在選擇稱重傳感器時，除了應(yīng)該考慮zui大秤量、zui小檢定分度值和準確度等級的指標外，不論修正系數(shù)如何選擇，一定要注意稱重傳感器的“靈敏度”指標。maxEminv現(xiàn)在許多數(shù)字式稱重傳感器的指標中，將數(shù)字模塊A/D的有效分辨力50萬、100萬碼等作為“靈敏度”進行表示，這樣混淆了靈敏度的概念，對一些選用數(shù)字式稱重傳感器的設(shè)計者帶來了困難。就如同90年代時期，將稱重儀表的分辨力操作到幾十萬一樣，直到GB/T7724-1999《稱重顯示控制器》國家標準的出版，才使這個炒作停止。

　　2、***小檢定分度值

　　在R60《稱重傳感器》（2000版）國際建議中，對于zui小檢定分度值的獲得，是根據(jù)稱重傳感器的實際測量范圍，可以分成的zui小檢定分度值。即minvnDDvminmaxmin?=。

　　這里的“測量范圍的zui大載荷”可以等于“稱重傳感器的zui大秤量”，也可以小于；

　　這里的“測量范圍的zui小載荷”可以等于“稱重傳感器的zui小靜秤量”，也可以大于。不是象某些產(chǎn)品樣本上寫的那樣，maxDmaxEmaxEminDminEminE10000/maxminEv=。

　　只有適當(dāng)?shù)剡x用好稱重傳感器，才能更好提升電子衡器的精度與性能