探究我國稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試

[color=#D6D6D6,direction=120);]探究我國稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試    摘要：稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。本文主要以全電子汽車衡為例，從對稱重系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理、現(xiàn)場使用、調(diào)試和故障排除中來分析和總結(jié)了現(xiàn)狀。稱重傳感器的使用和調(diào)試。
    關(guān)鍵詞：電子衡器 稱重傳感器 稱重儀表 稱重系統(tǒng)
一、引言
    現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的最前端。在一個現(xiàn)代自動檢測系統(tǒng)中，如果沒有傳感器，就無法監(jiān)測與控制表征生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的各種參量，也就無法實(shí)現(xiàn)自動控制。在現(xiàn)代技術(shù)中，傳感器實(shí)際上是現(xiàn)代測試技術(shù)和自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。
    稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。在這里我以SCS全電子汽車衡為例談?wù)劮Q重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試。
二、稱重系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理
    1．系統(tǒng)構(gòu)成
    SCS全電子汽車衡主要由稱重顯示儀表、稱重傳感器、秤體等三大部分構(gòu)成。其中，秤體是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械傳力復(fù)位系統(tǒng)，包括接受被稱物體載荷的承載器、傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)、限位裝置等，他是汽車衡的主要承載部件，起到了承受物體重量的作用。秤臺和傳力機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將物體的重量準(zhǔn)確的傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器(一次儀表)位于秤臺和基礎(chǔ)之間，將被稱物體的重量按一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的毫伏級電信號，通過接線盒信號電纜輸出到稱重顯示儀表(二次儀表)。經(jīng)處理后儀表直接顯示被稱物體的重量數(shù)據(jù)。
    2．工作原理
    當(dāng)稱重物體或載重汽車停放在秤臺上，載荷通過秤體將重量傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的mV級電信號。該信號經(jīng)前置放大、濾波、A／D轉(zhuǎn)換。由微處理器(單片機(jī))對信號處理后，數(shù)字顯示部位直接顯示稱重值。系統(tǒng)框圖如圖一：

三、現(xiàn)場使用和調(diào)試
    根據(jù)長期在外現(xiàn)場調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，以全電子汽車衡為例，我國稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試中主要存在下列幾種情況：地基和秤體的處理，傳感器選擇，標(biāo)定以及角差的調(diào)節(jié)，傳感器的各類故障檢測和排除，稱重儀表的選擇和故障檢測等。
    1．R60《稱重傳感器》國際建議
    為了明確解決現(xiàn)場問題的目的，在這里有必要先了解國際法制計(jì)量組織(OIML)R60《稱重傳感器》國際建議。R60《稱重傳感器》國際建議將傳感器分為四個準(zhǔn)確度等級：A級、B級、C級、 D級。并規(guī)定了每個等級的分度數(shù)上下限。見下表：

準(zhǔn)確度等級	A級	B級	C級	D級
下限	50000	5000	500	100
上限	不限	100000	10000	1000

    確定準(zhǔn)確度等級的傳感器最大分度數(shù)以1000為單位表示。如：C3表示3000個分度數(shù)的C級稱重傳感器。
    稱重傳感器最大允許誤差與其最大分度數(shù)和實(shí)際檢定分度值有關(guān)。如下表所示：

最大允許 誤    差	載荷
	A級	B級	C級	D級
±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國際建議中給出的一個圖可以清楚的了解一些重要概念。

    2．地基和秤體的處理
    SCS全電子汽車衡的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分為無基坑和淺基坑兩種，施工中應(yīng)滿足下列要求：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)符合《JJG668—90固定式電子衡檢定規(guī)程》的要求；基礎(chǔ)的地耐力不低于98KPa；基礎(chǔ)必須挖到凍土層以下；有必要有排水溝道的必須修排水溝道。磅房內(nèi)必須設(shè)置一根接地樁，接地電阻必須小于4歐姆。
    對于配置防浪涌保護(hù)裝置的汽車衡和配置防爆裝置的汽車衡有更加嚴(yán)格的要求，基礎(chǔ)施工時必須嚴(yán)格按照提供的指標(biāo)完成，否則將達(dá)不到防浪涌保護(hù)和防爆的要求。
    從長期實(shí)際的秤體安裝中我認(rèn)為應(yīng)注意的問題是安裝限位螺栓和調(diào)整限位間隙。安裝時必須做到限位間隙達(dá)到2～3mm，然后必須擰緊螺母。傳感器的安裝必須遵循傳感器廠家提供的安裝方法。安裝好的秤臺用水準(zhǔn)儀檢查是否水平。同時檢查和校正秤臺四周的間隙，使之達(dá)到安裝要求。
    3．傳感器選擇
    稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素，實(shí)際的使用當(dāng)中我們主要從下列幾個因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、最大分度數(shù)、最小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)。
    (1)使用環(huán)境
    稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。一般情況下，高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題；粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場對傳感器輸出會產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對應(yīng)的傳感器才能滿足必要的稱重要求。
    (2)傳感器的數(shù)量和量程
    傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定)而定。一般來說秤體有幾個支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器。
    傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。一般來講，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但是在實(shí)際的使用當(dāng)中，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。下面給出一個經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)公式。
    公式如下：
    C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)／N
    式中  C一單個傳感器的額定量程
          W一秤體自重
          Wmax一被稱物體凈重的最大值
          N一秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量
          K0一保險系數(shù)，一般取1.2～1.3之間
          K1一沖擊系數(shù)
          K2一秤體的重心偏移系數(shù)
          K3一風(fēng)壓系數(shù)
    (3)各種類型傳感器的使用范圍
    傳感器形式的選擇主要取決于稱重的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱重安全可靠；另一方面要考慮廠家的建議。對于傳感器制造廠家來講，它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計(jì)價秤、平臺秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。
    (4)傳感器的準(zhǔn)確度等級選擇
    傳感器的準(zhǔn)確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時候不應(yīng)該盲目追求高等級的傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復(fù)性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。
    4．標(biāo)定以及角差的調(diào)節(jié)
    以電子汽車衡為例，角差調(diào)節(jié)是一個非常重要的步驟。衡器檢定規(guī)程中做出了明確的要求，使用大質(zhì)量的砝碼要比使用小質(zhì)量砝碼組合的效果好。若用大砝碼應(yīng)放在區(qū)域中心位置，若用小砝碼應(yīng)均勻分布。N個承重點(diǎn)的秤，將最大稱量1／(N一1)的砝碼分別放置在1／N承重臺板的面積上進(jìn)行偏載檢定。對于承受偏載量較小的承載器(如料斗秤)，在每個承重點(diǎn)上要施加約等于最大稱量的1／10。目前模擬式稱重傳感器是依靠接線盒的電位器來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式分為兩種：供橋信號調(diào)節(jié)和輸出信號調(diào)節(jié)。從實(shí)際的使用角度來講我本人傾向于使用供橋信號調(diào)節(jié)，它的優(yōu)勢在于調(diào)節(jié)范圍大、易用萬用表測試調(diào)節(jié)結(jié)果。但是從對整個精度來講我傾向于使用調(diào)節(jié)信號輸出。為了進(jìn)一步認(rèn)識這個問題，有必要了解造成偏載產(chǎn)生的原因。偏載主要由下列因素造成：1)稱重顯示器本身具有很高的靈敏度。2)稱重傳感器并聯(lián)電路輸出阻抗低，抗干擾能力強(qiáng)。并聯(lián)電路對傳感器來講必須使輸出靈敏度公差要小；輸出阻抗平均偏差要小；輸出靈敏度與阻抗之比要相等。3)秤體設(shè)計(jì)缺陷。4)土建基礎(chǔ)承載力不夠。5)秤體安裝不當(dāng)。
    從本人的長期調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來看，上百噸的大型電子汽車衡角差的調(diào)節(jié)過程中一般不會使用大噸位砝碼(主要也是受現(xiàn)場實(shí)際情況的制約)。從整個秤的精度來講配合使用鑒別力測試時用的小砝碼觀察儀表閃變也可以達(dá)到很好的偏載調(diào)節(jié)效果。比如你在檢定調(diào)節(jié)時的分度值為20kg，雖然稱重顯示儀上顯示值為一致，但是幾個角有可能存在最大達(dá)18kg的誤差。另外需要注意的是，為了日后維護(hù)方便，必須明確接線盒中各個傳感器接線柱對應(yīng)的傳感器在那個部位；只要調(diào)過角差，在使用時必須重新進(jìn)行稱量標(biāo)定。
    對整個電子衡系統(tǒng)來講，標(biāo)定是檢定的初期工作。一臺安裝好的電子衡器，對整機(jī)的計(jì)量性能包括：稱重時的準(zhǔn)確性、重復(fù)性、偏載時的影響、穩(wěn)定性、靈敏度等。投入到使用中的電子汽車衡檢定項(xiàng)目包括以下幾個方面：1)技術(shù)檢查和外觀檢查；2)自動調(diào)零功能檢查；3)調(diào)零范圍；4)調(diào)零準(zhǔn)確度；5)空秤檢定；6)偏載檢定；7)稱量檢定；8)鑒別力檢定；9)重復(fù)性檢定。在檢定過程中應(yīng)該注意這樣幾個問題：1)選擇能達(dá)到稱量要求和功能的稱重顯示儀表；2)零位跟蹤功能在檢定中應(yīng)該取消，檢定前應(yīng)確定零中心位置；3)按準(zhǔn)確度等級中3個稱量段的相應(yīng)誤差帶檢定時，應(yīng)將空秤、最小稱量和3個誤差轉(zhuǎn)折點(diǎn)及兩個測試點(diǎn)，共七個稱量點(diǎn)包括進(jìn)去；4)各個稱量點(diǎn)的誤差應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算：δ=L-M+0.5e-△M式中：L——實(shí)際顯示值，△M——標(biāo)準(zhǔn)載荷(砝碼)值，e——檢定分度值，△M——到下一個閃變時的加載值。
    5．傳感器的各類故障檢測和排除
    對于全電子汽車衡來講，故障處理應(yīng)遵循這樣的步驟；觀察(故障觀察)——分析(故障原因)——檢測(為故障判斷提供依據(jù)或?qū)ε袛嘟Y(jié)果加以驗(yàn)證)——修復(fù)(修理或更換)——檢定(系統(tǒng)調(diào)試后對其計(jì)量性能進(jìn)行測試)。可根據(jù)實(shí)際情況選用下列方法判斷：直觀法、替代法、比較法、插拔法、代碼診斷法。
    就稱重傳感器自身的特點(diǎn)通過下列方法檢測、判斷和驗(yàn)證：1)阻抗判別法：逐個將傳感器的兩根輸出線、輸入線拆掉，用萬用表測試輸出、輸入阻抗和信號電纜各芯線與屏蔽層間的絕緣電阻。如果測試結(jié)果達(dá)不到合格證上的數(shù)值，即可判斷為故障傳感器；2)信號輸出判斷：如果阻抗法無法判斷傳感器的好壞，可用此法做進(jìn)一步檢查。先給儀表通電，將傳感器的輸出線拆掉。在空秤下用萬用表測量其Mv輸出值。假設(shè)額定激勵電壓為U(v)，傳感器的靈敏度為M(Mv／V)，傳感器的額定載荷F(kg)，那么每個傳感器的輸出為U×M×K÷F(Mv)。如果那一只的輸出值超出該計(jì)算值過大(理想情況下不存在偏載時應(yīng)該相等)或不穩(wěn)定，即可判斷傳感器有故障。
    6．稱重儀表的選擇和故障檢測
    當(dāng)選用多只稱重傳感器做為一個稱重系統(tǒng)時，必須考慮它采用什么樣的工作方式。工作方式的確定就必須與稱重儀表的選擇有關(guān)，即稱重傳感器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)必須與儀表的有關(guān)技術(shù)參數(shù)匹配。以目前采用的并聯(lián)工作方式稱重系統(tǒng)為例，它要求系統(tǒng)實(shí)際最大電流必須小于稱重儀表的的最大供橋電流。
    稱重儀表一般由模擬電路和數(shù)字電路兩部分組成。模擬電路包括電源、前置放大器、濾波器、A／D轉(zhuǎn)換等；數(shù)字電路包括主處理器、協(xié)處理器、各種存儲器、鍵盤和顯示器等。儀表故障診斷最簡便有效的方法就是用替代法。首先用模擬器或根據(jù)故障判斷儀表已損壞。若懷疑是PCB出現(xiàn)問題，可以用一塊好的PCB板去替代。替代后再用模擬器檢查或觀察故障是否消失。在更換過 PCB后必須按照說明書對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置校準(zhǔn)。在使用稱重儀表時，必須清楚它與人屏幕、打印機(jī)及稱重軟件的接線方式，查看它們是否與稱重儀表匹配。
四．結(jié)語
    總之，以稱重傳感器為核心的電子衡器在實(shí)際的使用過程中引發(fā)故障的原因很多，有時幾個故障可能同時出現(xiàn)。除了上述提到的情況外，還有諸如供電電源、外部磁場干擾、使用電子產(chǎn)品作弊等原因造成。因此，在現(xiàn)場的使用和調(diào)試過程中必須具有清晰的操作思路，認(rèn)真的分析，積極的總結(jié)和積累現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)。如果這樣的話，可以大大減少現(xiàn)存的故障問題，可為現(xiàn)場調(diào)試節(jié)約人量的時間，為日后的維護(hù)提供方便。

參考文獻(xiàn)

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這篇文章的作者是我.這是我在2004年發(fā)表的文章.由于技術(shù)的革新,產(chǎn)品的更新?lián)Q代.還希望各位把這篇文章的內(nèi)容作為參考.有什么問題請大家和我及時溝通