高精度传感器

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　　广州南创主营业务

　　一、专业从事自动化测量控制及称重系统设计、压力系统设计、研发、集成服务

　　二、提供称重设备、压力检测设备、国际知名品牌传感器、工业备品备件、仪器仪表、各种工业称重衡器、非标衡器、轨道衡、汽车衡、料斗秤、皮带秤、压力变送器、压力传感器及各种称重自动化设备。

　　三、为客户提供设计方案，给予客户技术支持及培训。

　　　　测力传感器的设计过程应力集中原则

　　对于电阻应变片式测力传感器(以下简称“测力传感器”)来说，弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测力传感器的弹性体设计不合理，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行合理的设计至关重要。

　　弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位(以下简称“贴片部位”)的应力(应变)与弹性体承受的载荷(被测力)保持严格的对应关系;同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高的应力(应变)水平。

　　由此可见，在弹性体的设计过程中必须满足以下两项要求：

　　(1)贴片部位的应力(应变)应与被测力保持严格的对应关系;

　　(2)贴片部位应具有较高的应力(应变)水平。

　　为了满足上述两项要求，在测力传感器的弹性体设计方面，经常应用“应力集中”的设计原则，确保贴片部位的应力(应变)水平较高，并与被测力保持严格的对应关系，以提高所设计测力传感器的测力灵敏度和测力精度。

　　二、改善应力(应变)不规则分布的“应力集中”原则

　　在机械零件或构件的设计过程中，通常认为应力(应变)在零件或构件上是规则分布的，如果零件或构件的截面形状不发生变化，不必考虑应力(应变)分布不规则的问题。其实，在机械零件或构件的设计中，对于应力(应变)不规则分布的问题并非不予考虑，而是通过强度计算中的安全系数将其包容在内了。

　　对于测力传感器来说，它是通过电阻应变片测量弹性体上贴片部位的应变来测量被测力的大小。若要保证贴片部位的应力(应变)与被测力保持严格的对应关系，实际上就是保证在测力传感器受力时，弹性体上贴片部位的应力(应变)要按照某一规律分布。在实际应用中，对于弹性体贴片部位应力(应变)分布影响较大的因素主要是弹性体受力条件的变化。

　　选用称重传感器有哪些要点

　　称重传感器的选择使用首先应考虑使用的实际需要，除满足测量精度和主要技术性能外，还要考虑到经济、实用方面 的情况。称重传感器由于不同的弹性体结构和采用的应变片性能不同，而在测量精度和其它性能方面会有所不同，且制造工艺不同，生产成本也会有很大差别，价格也因之不同，所以要综合考虑应用的实际需要来选用合适的称重传感器。随着广泛的使用，异常现象和故障也时有发生，经过检查判断，主要是人为故障。下面就故障产生的环节、原因、现象分析及相应对策从选型、运输、安装、使用、维护、检修几个方面来说明。

　　称重传感器精度的选择：

　　目前，称重传感器的普通级精度为千分之五，中级精度为千分之二至万分之五，高精度为万分之三至万分之一称重传感器的精度包括额定载荷、灵敏度、非线性、重复性、滞后性和蠕变等。

　　称重传感器精度的主要技术参数：实际选用时首先要考虑测量现场的系统测量精，按不同的要求而选用不同精度等级的称重传感器，使其既能充分发挥作用，又能具有合适的价格。在低精度测试场合而选用高精度的称重传感器，既不能充分发挥高精度称重传感器的优势，又付出了较高的价格，在经济上也是不合算的。

　　称重传感器密封状态的选择：

　　工业使用的称重传感器，考虑其长时间地连续使用，而且使用场合环境比较恶劣，常常要求选用密封型称重传感器，以使称重传感器免受外界环境，如潮湿、粉尘、腐蚀气体等影响，使其能保证测量精度和稳定性。

　　称重传感器性能受影响的主要三大因素

　　称重传感器是力学传感器中一大重要类别，应用也最为广泛，其形式也有很多。构建称重传感器总的来说主要有弹性体、应变计、密封等等。它们几个相互作用影响着传感器的性能，下面分析一下它们各自的作用。用做称重传感器弹性体的金属材料，由于其内部复杂的组织结构关系，当受到外力作用后在微小晶粒之间会产生微应变，在外力消失以后，微应变随之消失，但是是否能够完全恢复到不受力的原始状态，则因弹性体的金属材料而异。

　　如果加载力的曲线和卸载力的曲线不重合，差值越大，则迟滞性越大。其差值主要来源于材料本身成分的稳定性、均匀性、热处理后的径向组织等等。知道迟滞性产生的原因，我们可以通过选择合适的金属材料，采用先进的热处理方式提高弹性极限，来减小产生迟滞性。目前国内市场上普遍应用的弹性体材料为40CrNiMoA，它经过合理的热处理工艺能取得很好的的综合机械性能。称重传感器的应变计主要由敏感栅、基底、被覆层和引线等所组成。它是通过敏感栅的电阻应变效应，把弹性体的应变转变为阻值变化，如果材料本身就存在迟滞性的话，应变计也就存在着迟滞性。

　　目前世界上有名的应变计厂家都在制造应变计时充分考虑到迟滞性，采用自补偿措施，以便把迟滞性减少到最低的水平。这也是选择称重传感器时必须考虑的因素。弹性体和应变片组成好后，传感器还需要才用密封胶进行密封处理，主要是为固定线路和密封，防止外界环境对传感器性能的影响。从表面上看，密封胶在固化后是比较软的，相对弹性体的强度几乎可以忽略不计。如果在应用于小量程测力的场合，这个作用必须予以考虑。当很小力作为在弹性体上时，弹性体变形则很小，密封胶厚度就影响着发生的形变。一个好的称重传感器设计时，必须充分考虑到产品的迟滞性能，通过上面的分析，结合具体情况，可以明显减小迟滞的大小。

　　小量程称重传感器的标定装置

　　称重传感器是把重力负荷由机械量转换成电量的传感元件。因此，它是电子秤计量系统的基础环节。直接决定和影响测量精度和工作的稳定性。对于电子秤的制造厂家，经常需要检测校验所选配称重传感器的线性、重复性、(1～3个月)通电测试，从而观察评定其工作稳定可靠性。对于电子秤的使用厂家，由于称重传感器的工作环境比较恶劣，损坏、更换也比较经常。为了查找故障和选配新的称重传感器，也需对其性能进行检测。而这种检测一般不便送到称重传感器生产厂进行。所以，提供适用的简单实用检测装置很有必要。

　　一、标定装置由挂码架、板凳架、砝码托钩和标准砝码组成。

　　挂码架结构一般采用厚度为2.5mm左右的不锈钢板制作。但视其测量负荷的大小，板厚可相应调整，并也可采用普通钢板材料，但最好进行防锈处理，为保证刚度同时减小挂码重量，可在挂码架上打若干小孔。挂码架压头与称重传感器压头的接触面须做成球面，以起自动调心并与传感器压头成点接触状态。挂码架与砝码托钩的接触处，须做成刀刃状或圆弧面，以保证力作用线垂直通过中心线，并不受摩擦阻力影响。如果能把挂码架和砝码托钩的重量凑成一个整数更好，因为这样标定装置自重的影响量就有定量。板凳架的结构应注意稳固性，承放称重传感器的上面板须平整，厚度不小于15mm，以保证承载面具有足够的刚度。砝码托钩一般做成有托板的吊钩，但亦可据砝码挂放的方式做相应的结构设计。所采用的砝码一般应用标准砝码，从而保证测量精度。

　　二、标定校验方法步骤

　　1，把板凳架放置在稳固无弹性基础上，板凳架放置称重传感器的平面应基本水平。

　　2，利用垫板把称重传感器固定在板凳架上。

　　3，套上挂码架，并使挂码架的压头正压在传感器的压头上。

　　4，把砝码托钩挂到挂码架上。

　　5，接通称重传感器的供桥电源，输出与高精度的毫伏表(精度应高于传感器标称精度的70%)相接(必要时亦可以测量电流输出值)。

　　6，根据传感器的量程大小和需要测定的点数，向砝码托钩上逐级加载(砝码)和卸载，记录传感器输出数据。从而可检测传感器的零点输出、线性精度、重复性精度和回差等性能指标，自然可判定传感器是否正常和优劣。

　　对于拉(力)式称重传感器检测，不需用挂码架。把传感器直接挂在板凳架承载面背面的吊钩上，下面与砝码托钩挂接。其余步骤与上述的压(力)式传感器测量方法相同。

　　称重模块在工业化工环境的计量应用

　　电子称重计量对于非专业的用户来说，直接使用称重传感器是非常困难的。在安装时，必须考虑各种问题。称重模块是一种新型的称重元件，它将称重传感器，负荷传递装置和安装连接件等部件组合在一起，可以非常方便地和各种形状的机械装置相连接，组成称重系统。非常方便地和各种形状的机械装置相连接，组成一套称重系统，例如连接滚道，平台，立罐，糟罐，料斗，反应釜等

　　称重模块是用于传感器的一种实用性结构配件。有顶板，基板，称重传感器，负载支承柱及支承螺栓结构成。

　　根据负载支承柱及顶板的不同，分为固定式，半浮动式三种结构。在一个称重系统中，使用一只固定称重模块，一只半浮动称重模块，其余用浮动式称重模块补足，一般分为三只一套和四只一套。三只一套一般分为三点支撑，四只一套用于四点支撑。称重模块用于非常方便地安装在各种形状的容器上，适用于改造已有的设备，无论是容器，料斗还是反应釜，加上称重模块，都可以变成称重系统。

　　与现成的电子衡器相比，称重模块最大的特点是不受场地限制，组装灵活，维修方便且价格便宜。 地上衡因有秤台，要一定的占地面积，而称重模块安装在容器的支承点上，不需另外占地。特别使用于多个容器并列安装而场地窄小的场合。电子衡器的量程和分度值有一定的规格，而称重模块组成的称重系统，量程和分度值可以在仪表充许的范围内，根据需要自行设置。称重模块维修方便，若传感器损坏，可以调节支承撑螺杆将秤体顶起，不必拆除称重模块的系统既可以保证称重传感器精度高，长期稳定性好的特点，又解决了因安装不当而造成的称重误差。使用称重模块的设备测量通常能达到优于万分之五的测重精度。

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