稱重傳感器作為地磅的心臟部件，對(duì)地磅的性能和穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用。本文就如何科 學(xué)、實(shí)際地選用傳感器，提出了幾點(diǎn)建議。

一、前言

稱重傳感器被喻為地磅中的心臟部件，它的 性能在很大程度上決定了電子衡器的精確度和穩(wěn)定 性。在人們?cè)O(shè)計(jì)地磅的時(shí)候，經(jīng)常遇到這樣一個(gè) 問(wèn)題:如何選用傳感器呢？在這里，一起去探討一下這 個(gè)問(wèn)題，找出選擇傳感器的依據(jù)和步驟。

二、傳感器的分類

稱重傳感器實(shí)際上是一種將非電量的質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn) 變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。目前主要有以下幾 種分類方式：

根據(jù)傳感器的工作原理分類有：電阻應(yīng)變式、 差動(dòng)變壓式、電容式、壓磁式、壓電式、振弦式等；

根據(jù)其受力的情況分類有:正應(yīng)力式、剪應(yīng)力式;

根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分類有:懸臂梁式、橋式、S形 式、箱式、柱式等；

根據(jù)傳感器彈性體的材料不同有:合金鋼式、 鋁合金式等。

傳感器的種類繁多，分類方式也千差萬(wàn)別，它們都 有各自的特點(diǎn)，但如何為衡器選一種合適的傳感器，確 實(shí)是一個(gè)難題。

三、如何選用傳感器

1.要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境情況

傳感器處的工作環(huán)境情況對(duì)如何選用傳感器是至 關(guān)重要的，它關(guān)系到傳感器能否正常的工作，關(guān)系到傳 感器的安全和使用壽命，乃至關(guān)系到整個(gè)衡器的可靠 性和安全性。

環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個(gè)方面：

(1)高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料熔化、焊點(diǎn)開(kāi) 化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題。對(duì)于高溫環(huán) 境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器;另外，必須加 有隔熱、水冷或汽冷等裝置及溫度補(bǔ)償措施。

（2）粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響。在此環(huán) 境條件下應(yīng)選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器 其密封的方式是不同的，且存在著很大差異。

常見(jiàn)的密封有以下幾種：

1）密封膠充填或涂覆；

2）橡膠墊機(jī)械緊固密封；

3）焊接(氬弧焊、等離子束焊)和抽真空充氮密封。

從密封效果來(lái)看，焊接密封為最佳，充填涂覆密封

膠為最差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器， 可選擇涂膠密封的傳感器，而對(duì)于一些在潮濕、粉塵性 較高的環(huán)境下工作的傳感器，應(yīng)選擇膜片熱套密封或 膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。

（3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對(duì)傳感 器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響。對(duì)于在嚴(yán)重腐 蝕性環(huán)境下工作的傳感器，應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過(guò)噴塑 或有不銹鋼外罩抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。

（4）電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)干擾的影響。在此 情況下，應(yīng)對(duì)傳感器的屏蔽性能進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，看其 是否具有良好的抗電磁輻射能力。

（5）易燃、易爆不僅對(duì)傳感器造成徹底性的損害， 而且還給其他設(shè)備和人的生命安全造成很大的威脅。 因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提 出了更高的要求:在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防爆傳 感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性，還 要考慮到防爆強(qiáng)度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、 防爆性等。

2.對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇

（1）傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)地磅的用途、秤體 需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)使秤體幾何重心和實(shí) 際重心重合的原則而確定)而定。一般來(lái)說(shuō)，秤體有幾個(gè) 支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器，但是對(duì)于一些特殊的秤體如 電子吊鉤秤，就只能采用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。

（2）傳感器量程的選擇是依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載 等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定傳感器的量程。一般來(lái)說(shuō)，傳感 器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn) 確度就越高，但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷 除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊 等載荷的存在，因此在選用傳感器量程的時(shí)候，要考慮諸 多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體 的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)確定的。

公式如下：

C =K0K1K2K3 (Wmax + W)/ N

式中：c為單個(gè)傳感器的額定量程；W為秤體自 重；Wmax為被稱物體凈重的最大值；N為秤體所采用 支撐點(diǎn)的數(shù)量;K0為保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1. 2~ 1. 3 之間:：1為沖擊系數(shù);K2為秤體的重心偏移系數(shù);K3 為風(fēng)壓系數(shù)。

例如:一臺(tái)30t地磅，最大稱量是30t,秤體 自重為1. 9t,采用四只傳感器，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況， 選取保險(xiǎn)系數(shù)K0 = 1. 25沖擊系數(shù)Ki = 1. 18，重心偏 移系數(shù)K2 =1. 03，風(fēng)壓系數(shù)K3 = 1. 02試確定傳感器 的噸位。

解:根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：

C =K0K1K2K3 (Wmax + W)/ N

可知：

C =1. 25X 1. 18X 1.03X1. 02X (30+1. 9)4 =12. 36t

因此，可選用量程為15t的傳感器(傳感器的噸位 一般只有 10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t 等，除非特殊定做)。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般應(yīng)使傳感器工作在其30% ~ 70% 量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的 衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)地磅、鋼材秤等，在選用傳 感器的時(shí)候，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量 程的20% ~ 30%之內(nèi)，使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量很大，以 保證傳感器的使用安全和壽命。

3.要考慮各種類型傳感器的適用范圍

傳感器形式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝 空間，保證安裝合適，稱量安全可靠;另一方面，要考慮 廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性 能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī) 定傳感器的適用范圍，譬如鋁合金式懸臂梁傳感器適 用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等;合金鋼式懸臂梁傳感器 適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等;合金鋼質(zhì)橋式 傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器 適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

4.對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇

傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)概括了傳感器的非線性、蠕 變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在人 們選用傳感器的時(shí)候，不要單純追求高等級(jí)的傳感器， 而應(yīng)考慮既要滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求，又要考慮到 其成本。

對(duì)傳感器等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件：

（1）滿足儀表輸入的要求

稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、 A/D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器 的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入信號(hào)大 小，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹 配公式，計(jì)算結(jié)果必須大于或等于儀表要求的輸入靈 敏度。

傳感器和儀表的匹配公式：

傳感器輸出靈敏度X激勵(lì)電源電壓X秤的最大稱量 秤的分度數(shù)X傳感器的個(gè)數(shù)X傳感器量程

例如：一臺(tái)稱量為25kg的定量包裝秤，最大分度 數(shù)為1000個(gè)分度;秤體采用3只L-BE一25型傳感 器，量程為25kg,靈敏度為2. 0 ±0. 008mV/ V拱橋電 壓為12V;秤采用AD4325儀表；問(wèn)采用的傳感器能否 與儀表匹配。

解:經(jīng)查閱，AD4325儀表的輸入靈敏度為0. W-N/ d

因此，根據(jù)傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的 實(shí)際輸入信號(hào)為：

2X 12X 25/(1000 X3X 25) = 8W/ d> 0. 6UV/ d

所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求， 能夠與所選儀表匹配。

（2）滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求

一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組 成的 ,在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候 ,應(yīng)使傳感器的準(zhǔn) 確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件 的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、 秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確 度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效 益，確保達(dá)到目的。

四、結(jié)語(yǔ)

在衡器設(shè)計(jì)過(guò)程中，稱重傳感器的選擇是一件很 重要的工作，如果選得不好，不能滿足設(shè)計(jì)要求，造成 經(jīng)濟(jì)上的巨大浪費(fèi)，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要注意理論和 實(shí)踐的結(jié)合，不可拘泥于一個(gè)方面。