称重传感器服务手册

技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理称重传感器Loadcell技术服务手册（2008-06）技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理目录第一章称重传感器的概述第二章电阻应变式称重传感器工作原理第三章称重传感器的补偿第四章称重传感器的常用技术参数第五章称重传感器选用的一般规则第六章如何使用称重传感器第七章称重传感器的故障分析第八章接线盒第九章称重模块安装指南第十章电子轨道衡基本知识及常用传感器介绍第十一章电子汽车衡基础施工说明第十二章串口通信基本接线方法第十三章衡器计量第十四章称重传感器防护等级的相关知识第十五章防浪涌\防雷称重测力传感器和防雷知识第十六章防爆称重测力传感器和防爆知识第十七章汽车轴（轮）荷检测第十八章称重管理软件附录1-6技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理第一章称重传感器的概述一、什么是传感器传感器是将被测的某一物理量（或信号）按一定的规律转换为与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）输出的装置。被测物理量传感器输出物理量二、传感器发展方向1.高精度、高灵敏度；2.高可靠性、宽温度范围、抗干扰强；3.微型化（小尺寸、重量轻）和高强度；4.微功耗及无源化；5.智能化、数字化、高响应速率；6.互换性好，成本低，安全无污染方向；7.抗环境影响(热、振动、酸、碱、水、空气)能力强方向8.仿生传感器：将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：1)光敏——视觉；2)声敏——听觉；3)气敏——嗅觉；4)化学——味觉；5)压敏、温敏、流体传感器——触觉在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。传统概念上，负荷传感器是称重传感器、测力传感器的统称，用单项参数评价它的计量特性。旧国标将应用对象和使用环境条件完全不同的“称重”和“测力”两种传感器合二为一来考虑，对试验和评价方法未给予区分。旧国标共有21项指标，均在常温下进行试验；并用非线性、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度附加误差以及额定输出温度附加误差6项指标中的昀大误差，来确定称重传感器准确度等级，分别用0.02、0.03、0.05...1.0表示。衡器上使用的一种力传感器。它能将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。考虑到不同使用地点的重力加速度和空气浮力对转换的影响，称重传感器的性能指标主要有线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度特性和灵敏度温度特性等。在各种衡器和质量计量系统中，通常用综合误差带来综合控制传感器准确度，并将综合误差带与衡器误差带联系起来，以便选用对应于某一准确度衡器的称重传感器。国际法制计量组织(OIML)规定，传感器的误差带δ占衡器误差带Δ的70％，称重传感器的线性误差、滞后误差以及在规定温度范围内由于温度对灵敏度的影响所引起的误差等的总和不能超过误差带δ。这就允许制造厂对构成计量总误差的各个分量进行调整，从而获得期望的准确度。称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式等8类，以电阻应变式使用昀广。技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理电阻应变式传感器：利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。电阻应变式传感器的称量范围为300g至数吨，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器均使用此传感器。第二章电阻应变式称重传感器工作原理一、称重传感器的基本知识1.定义：GB/T7551-1997《称重传感器》考虑到使用地点的重力加速度（g）和空气浮力（f）的影响后，通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。被测量（质量）称重传感器输出2.组成敏感元件+传感元件+测量电路其中：敏感元件——电阻应变计；传感元件——弹性体；测量电路——惠斯登电桥二、电阻应变式传感器的工作原理以金属材料为转换元件的电阻应变计，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。所谓应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。如图所示：LDFLdF1）受力前（F=0）电阻值R=ρL/S（1）2）受力后（F＞0）电阻变化值⊿R=R*Kε（2）结论：金属丝拉伸，电阻值增加；金属丝压缩，电阻值减小。3）几种常见的电阻应变计外形（a）（b）（d）（e）（c）4）电阻应变计的组成部分技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理54321----覆盖层；2----基底；3----引线；4----黏合剂；5----敏感栅5）我公司常用应变计的阻值（Ω）350；700；1000三、称重传感器的工作原理1.两个典型的力学模型FR3R1FFF1R2压缩拉伸R1F2R2（压缩）R4R3'（拉伸）FR3柱式或桶式剪切梁式R1R2当F＞0时，R1、R3被拉伸，阻值增大；R2、R4被压缩，阻值减小。2.惠斯顿电桥R2R1DR4CR3BIIUiU0在应变计的电测技术中，应用昀广泛的测量电路是惠斯通电桥电路。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥。电桥电路如上图所示，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成。1)直流电桥的电压输出技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理则输出电压UO是UBC与UAC之间的差，即R1R3-R2R4UO=UBC-UAC=Ui（3）（R1+R2）（R3+R4）由（3）可知，当桥臂电阻满足如下条件时，即R1R3=R2R4（4）电桥的输出电压UO=0，电桥处于平衡状态。为了保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平衡（置零），这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。2)按上述力学模型解释：当F=0时，R1R3=R2R4；U0=0；当F＞0时，R1、R3增加，R2、R4减小，U0＞0。若欲得到与上述电信号相反的结果时，只需将A与C（或B与D）之间的电源正、负极互换即可。3)当桥臂电阻的阻值发生变化时，电桥的输出电压也随着发生变化，当⊿RR时，其输出电压与电阻变化率⊿R/R（或应变ε）成线性关系。四、称重传感器的分类1按受力方式分类2按弹性体材料分类不锈钢：主要应用在食品、化工、医药等有腐蚀性环境的场所；合金钢：适用于无腐蚀性或腐蚀性不强的环境场所；铝合金：一般使用在小量程等商用衡器场所。3按输出数据类别分类模拟传感器：输出为模拟量信号，如电压、电流等；数字传感器：输出信号为数字信号，如RS485。4按适用温度分类常温：使用在常规场所，对温度没有特殊要求；高温（超高温）：使用在冶金、核电等温度较高的环境；技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理低温：使用在温度低于-30℃的场所，如冷冻试验。5按准确度级别分类根据传感器的综合性能分为A、B、C、D四个级别6按结构分1）柱式；2）剪切梁式；3）平行梁式；4）板环式；5）S型；6）弯曲梁式等五、称重传感器的基本应用主要应用在各种电子衡器、工业控制领域、在线控制计量、安全过载报警、材料实验机等领域。1）、电子汽车衡；2）、电子台秤；3）、电子叉车秤；4）、动态轴重秤；5）、电子吊钩秤；6）、电子计价秤；7）、电子钢材秤；8）、电子轨道衡；9）、连续累计自动衡器；10）、重力式自动衡器；11）、自动分检衡器；12）、称重模块（用于料斗秤、配料秤、罐装秤及其工业领域）技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理第三章称重传感器的补偿一、常见补偿内容：1.零点不平衡输出调整；2.零点温度补偿；3.弹性模量补偿；4.非线性补偿；5.灵敏度补偿；6.输入电阻调整；二、补偿原理补偿类别符号补偿名称作用补偿原因R1~R4桥路应变计电阻直接感受弹性体的应变（常规为350Ω）RZ零点补偿电阻把空载输出信号调整到要求范围有些使用场合，当传感器零点超过一定范围时，现场仪表显示异常（不接收或溢出），或者控制系统报警、失控等。RT零点温度补偿电阻把空载下因环境温度的变化而引起的漂移加以补偿室外作业的电子衡器或其他称重检测装置，当传感器感受不同温度（如早上与中午的温差），其内部电阻值产生相应变化，昀终反馈到显示或控制装置，使系统作业出现异常如数字不稳或系统零位偏差等，影响正常工作。RM弹性模量补偿电阻补偿因环境变化造成的传感器满负荷输出的变化RM’弹性模量补偿线性化调整电阻调整弹模补偿的效果弹性体金属材料自身都有弹性模量（E）且随温度的变化而产生微量变化，在同样的测量负荷下，天热时仪表显示的读数要大于天冷时的读数（称量产生了偏差）。这对于高精度计量是不允许的。RL线性补偿电阻调整传感器天然非线性误差，使呈线性RL线性补偿调整电阻调整线性补偿效果是针对纯柱式结构传感器先天性线性不良传感器而言，通过补偿可有效改进传感器的精度，满足高精度计量要求。RS灵敏度补偿电阻调整传感器满负荷输出，使具有互换性如果一张桌子有3或4条腿，当3或4条腿长度不一致时，桌子便不稳固，容易倒掉。同样，对一台由2个以上传感器组成的电子衡器而言，若传感器的灵敏度不一致，那么这台衡器便处于非稳态，被称物品在秤台的不同方位会得到不同的结果，而昀多只有一个结果是正确的。这种情况是衡器产品所不允许的，无法完成“公平交易”的目的。Rj输入电阻调整电阻调整传感器输入电阻，使具有互换性同灵敏度补偿情况技术服务手册【2008年版】杨青锋编撰、整理第四章称重传感器的常用技术参数一、用分项指标表示法在介绍称重传感器技术参数时，传统的方法是采用分项指标，其优点是物理意义明确，沿用多年，熟悉的人较多。我们现在列出其主要项目如下：*额定容量生产厂家给出的称量范围的上限值。*额定输出（灵敏度）加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以额定输出的单位以mV/V来表示。并称之为灵敏度。*灵敏度允差传感器的实际稳定输出与对应的标称额定输出之差对该标称额定输出的百分比。例如，某称重传感器的实际额定输出为2.002mV/V，与之相适应的标准额定输出则为2mV/V，则其灵敏度允差为：（（2．002–2.000）/2.000）*100%=0.1%*非线性由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间昀大偏差对于额定输出值的百分比。*滞后允差从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载。在同一载荷点上加载和卸载输出量的昀大差值对额定输出值的百分比。*重复性误差在相同的环境条件下，对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。加荷过程中同一负荷点上输出值的昀大差值对额定输出的百分比。*蠕变在负荷不变（一般取为额定载荷），其它测试条件也保持不变的情形下，称重传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比。*零点输出在推荐电压激励下，未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。*绝缘阻抗传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。*输入阻抗信号输出端开路，传感器未加负荷时，从电源激励输入端测得的阻抗值。*输出阻抗电源激励输入端短路，传感器未加载荷时，从信号输出端测得的阻抗。*温度补偿范围在此温度范围内，传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿，不会超出规定的范围。*零点温度影响环境温度的变化引起的零平衡变化。一般以温度每变化10K时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。*额定输出温度影响环境温度的变化引起的额定输出变化。一般以温度每变化10K引起额定定输出的变化量额定输出的百分比来表示。*使用温度范围传感器在此温度范围内使用其任何性能参数均不会产生永久性有害变化二、在《OIML60号国际建议》中采用的术语。*称重传感器输出被测量（质量）通过称重传感器转换而得到的可测量。*称重传感器分度值称重传感器的测量范围被等分后其中一份的大