探究我国称重传感器的现场使用和调试

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摘要：称重传感器被称为电子衡器中的心脏部件，科学技术的飞速发展，由称重传感器制作的电子衡器也已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。本文主要以全电子汽车衡为例，从对称重系统的构成和工作原理、现场使用、调试和故障排除中来分析和总结了现状。称重传感器的使用和调试。
关键词：电子衡器 称重传感器 称重仪表 称重系统
一、引言
现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术，即传感技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的首要部件是传感器，且置于系统的最前端。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器，就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础。
称重传感器被称为电子衡器中的心脏部件。科学技术的飞速发展，由称重传感器制作的电子衡器也已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器。目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。在这里我以SCS全电子汽车衡为例谈谈称重传感器的现场使用和调试。
二、称重系统的构成和工作原理
1．系统构成
SCS全电子汽车衡主要由称重显示仪表、称重传感器、秤体等三大部分构成。其中，秤体是被称物体与转换元件之间的机械传力复位系统，包括接受被称物体载荷的承载器、传力复位机构、限位装置等，他是汽车衡的主要承载部件，起到了承受物体重量的作用。秤台和传力机构负责将物体的重量准确的传递给称重传感器。称重传感器(一次仪表)位于秤台和基础之间，将被称物体的重量按一定的函数关系转换为相应的毫伏级电信号，通过接线盒信号电缆输出到称重显示仪表(二次仪表)。经处理后仪表直接显示被称物体的重量数据。
2．工作原理
当称重物体或载重汽车停放在秤台上，载荷通过秤体将重量传递给称重传感器，称重传感器将重量转换为相应的mV级电信号。该信号经前置放大、滤波、A／D转换。由微处理器(单片机)对信号处理后，数字显示部位直接显示称重值。系统框图如图一：

三、现场使用和调试
根据长期在外现场调试的经验，以全电子汽车衡为例，我国称重传感器的现场使用和调试中主要存在下列几种情况：地基和秤体的处理，传感器选择，标定以及角差的调节，传感器的各类故障检测和排除，称重仪表的选择和故障检测等。
1．R60《称重传感器》国际建议
为了明确解决现场问题的目的，在这里有必要先了解国际法制计量组织(OIML)R60《称重传感器》国际建议。R60《称重传感器》国际建议将传感器分为四个准确度等级：A级、B级、C级、 D级。并规定了每个等级的分度数上下限。见下表：
准确度等级 A级 B级 C级 D级
下限 50000 5000 500 100
上限 不限 100000 10000 1000
确定准确度等级的传感器最大分度数以1000为单位表示。如：C3表示3000个分度数的C级称重传感器。
称重传感器最大允许误差与其最大分度数和实际检定分度值有关。如下表所示：
最大允许
误 差 载荷
A级 B级 C级 D级
±0.35V 0≤m≤50000 0≤m≤5000 0≤m≤5000 0≤m≤50
±0.7V 50000≤m≤200000 5000≤m≤20000 500≤m≤2000 50≤m≤200
±1.05V 200000<m 20000≤m≤100000 2000≤m≤10000 200≤m≤1000
另外R60国际建议中给出的一个图可以清楚的了解一些重要概念。

2．地基和秤体的处理
SCS全电子汽车衡的基础结构分为无基坑和浅基坑两种，施工中应满足下列要求：基础设计符合《JJG668—90固定式电子衡检定规程》的要求；基础的地耐力不低于98KPa；基础必须挖到冻土层以下；有必要有排水沟道的必须修排水沟道。磅房内必须设置一根接地桩，接地电阻必须小于4欧姆。
对于配置防浪涌保护装置的汽车衡和配置防爆装置的汽车衡有更加严格的要求，基础施工时必须严格按照提供的指标完成，否则将达不到防浪涌保护和防爆的要求。
从长期实际的秤体安装中我认为应注意的问题是安装限位螺栓和调整限位间隙。安装时必须做到限位间隙达到2～3mm，然后必须拧紧螺母。传感器的安装必须遵循传感器厂家提供的安装方法。安装好的秤台用水准仪检查是否水平。同时检查和校正秤台四周的间隙，使之达到安装要求。
3．传感器选择
称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。另外，称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标。
(1)使用环境
称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对于正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。一般情况下，高温环境对传感器造成涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题；粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响；在腐蚀性较高的环境下会造成传感器弹性体受损或产生短路现象；电磁场对传感器输出会产生干扰。相应的环境因素下我们必须选择对应的传感器才能满足必要的称重要求。
(2)传感器的数量和量程
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定)而定。一般来说秤体有几个支撑点就选用几只传感器。
传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。下面给出一个经过大量实验验证的经验公式。
公式如下：
C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)／N
式中 C一单个传感器的额定量程
W一秤体自重
Wmax一被称物体净重的最大值
N一秤体所采用支撑点的数量
K0一保险系数，一般取1.2～1.3之间
K1一冲击系数
K2一秤体的重心偏移系数
K3一风压系数
(3)各种类型传感器的使用范围
传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。譬如铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。
(4)传感器的准确度等级选择
传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。
4．标定以及角差的调节
以电子汽车衡为例，角差调节是一个非常重要的步骤。衡器检定规程中做出了明确的要求，使用大质量的砝码要比使用小质量砝码组合的效果好。若用大砝码应放在区域中心位置，若用小砝码应均匀分布。N个承重点的秤，将最大称量1／(N一1)的砝码分别放置在1／N承重台板的面积上进行偏载检定。对于承受偏载量较小的承载器(如料斗秤)，在每个承重点上要施加约等于最大称量的1／10。目前模拟式称重传感器是依靠接线盒的电位器来调节。调节方式分为两种：供桥信号调节和