【文章內(nèi)容簡介】 稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領(lǐng)域。 稱重傳感器的工作原理稱重傳感器是將被測力一重力(壓力)等機械量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電信號的儀器。稱重傳感器按其工作原理可分為電阻應(yīng)變式、壓阻式、壓磁式、壓電式等。1)壓阻式稱重傳感器某些固體材料受到外力作用后，除了產(chǎn)生變形，其電阻率也要發(fā)生變化。這種由于應(yīng)力作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”。利用壓阻效應(yīng)制成的稱重傳感器稱為壓阻式稱重傳感器。壓阻式稱重傳感器有兩種類型:半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器、擴散型壓阻式稱重傳感器口51。半導(dǎo)體應(yīng)變式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式基本上與電阻應(yīng)變式稱重傳感器相同，所不同的是應(yīng)變片的敏感柵是用半導(dǎo)體制成。與金屬應(yīng)變片相比，它的優(yōu)點是體積小而靈敏度高，同樣也存在敏感柵易于損壞的問題。擴散型壓阻式稱重傳感器的基片是半導(dǎo)體單晶硅。單晶硅各向異性，因此必須根據(jù)傳感器受力變形情況來加工制作擴散硅敏感電阻模片，不易保證精度。2)壓磁式稱重傳感器鐵磁物質(zhì)受到機械力作用后，在物質(zhì)內(nèi)部會產(chǎn)生機械應(yīng)力，從而引起該物體導(dǎo)磁系數(shù)發(fā)生變化，壓磁式稱重傳感器就是建立在這種效應(yīng)基礎(chǔ)上的。3)壓電式稱重傳感器一些離子型電介質(zhì)沿一定方向受到外力作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在表面上產(chǎn)生電荷，當外力去掉以后，又重新回到不帶電狀態(tài)。這種機械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為“順壓電效應(yīng)”。反之，稱為“逆壓電效應(yīng)”。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)稱為壓電材料。壓電式稱重傳感器的基本原理是利用壓電材料的壓電效應(yīng)做成的。由于它的固有頻率很高，所以它的高頻響應(yīng)要優(yōu)于壓阻式稱重傳感器[8]。4)電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式稱重傳感器由電阻應(yīng)變計和金屬彈性梁兩個主要器件組成。電阻應(yīng)變計由康銅箔在絕緣基底材料上做成絲狀電阻絲，利用導(dǎo)線的電阻率與直徑大小成反比的特性，當絲狀電阻絲在外力作用下，在彈性范圍內(nèi)其直徑發(fā)生細微變化時，它的電阻值也隨之發(fā)生變化，因而電阻應(yīng)變計能將稱重傳感器所受到的力變?yōu)殡娦盘枴Ｓ捎陔娮枳兓苄?，必須用靈敏度較高的惠斯頓橋式測量電路來測量。惠斯頓橋式測量電路要求四個負載電阻的阻值之差極小。 稱重傳感器的選擇動態(tài)稱重系統(tǒng)上使用的稱重傳感器應(yīng)有下述特性:1）好的抗側(cè)向力及抗偏載能力。因為動態(tài)稱量中，干擾力及作用點偏離中心是幾乎不可避免的。2）拆裝、更換方便。因為動態(tài)衡器一般安裝于運輸量較大的廠礦鐵路專用線上，往往不允許所在線路閉塞時間過長。3）在沖擊、振動載荷下，應(yīng)有良好的長期穩(wěn)定性。4）具有較小的零點漂移溫度系數(shù)和靈敏度溫度系數(shù)，以適應(yīng)各季節(jié)環(huán)境溫度的變化。5）具有良好的密封性，以防止潮氣、粉塵進入[9]。稱重傳感器是皮帶秤力與電轉(zhuǎn)換的核心部件，稱重傳感器按變換原理分類主要有：電阻應(yīng)變片式、差動變壓器式、電容式、壓磁式、壓電式等。本設(shè)計選用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，它被廣泛的應(yīng)用在各領(lǐng)域，電阻應(yīng)變式稱重傳感器獲取力值數(shù)據(jù)具有轉(zhuǎn)換元件體積小，反應(yīng)快，失真小，測力范圍寬（從幾克到幾千噸）以及效率高，使用簡便，可遠距離傳遞信號和與計算機配套使用等優(yōu)點 。有三種應(yīng)力被應(yīng)用于稱重傳感器中，它們分別是，拉伸與壓縮應(yīng)力，彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力。1）利用拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的稱重傳感器，即柱式稱重傳感器，彈性體呈柱式的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制作、便于貼片等特點，但其不足之處則是抗側(cè)向力較差。2）彎曲應(yīng)力是傳感器有多種形式：以材料區(qū)分，有鋁質(zhì)或鋼質(zhì)；以密封形式區(qū)分，有涂覆密封或內(nèi)充惰性氣體金屬波紋管(薄膜)密封；以受力形式區(qū)分，有拉力或壓力；以安裝方式區(qū)分有弧面連接、萬向節(jié)連接、簧片彈性連接等。懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，便于制作加工，但對力作用點較敏感，對于振動大的場合，其輸出信號不穩(wěn)定。3）剪切應(yīng)力型傳感器如剪切梁式稱重傳感器，其彈性體截面形式多為工形，電阻應(yīng)變片貼在中性層位置上。根據(jù)材料力學(xué)可知，梁上的受力點移動時，梁上剪切力引起的剪應(yīng)力與梁的彎矩無關(guān)。因此，該型傳感器對受力點的變化不敏感，它的特點是結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、線性好，但彈性體貼片困難，加工不易。所用材質(zhì)多為鋁材，穩(wěn)定性差，而鋼質(zhì)的又多為大量程，不適用于皮帶秤的選用。但是，該型傳感指仍是一種有前途的理想傳感器，尚需進一步研究開發(fā)。圖3柱型稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖圖4懸臂梁式稱重傳感器基于上述諸多因素，我們使用S型剪切梁式稱重傳感器，它綜合了各自的優(yōu)點，是基本上功能結(jié)構(gòu)完善的稱重傳感器。S型剪切梁式傳感器的剪切力與梁彎矩無關(guān)，消除了受力點移動所引起的輸出靈敏度變化，對側(cè)向載荷也有較大的抵抗能力，而且結(jié)構(gòu)緊湊小巧。 稱重傳感器的安裝在這個問題上，有許多的經(jīng)驗和教訓(xùn)，傳感器的聯(lián)接裝置，在皮帶秤整個稱重系統(tǒng)中占有相當重要的地位。在皮帶秤動態(tài)計量時，如何克服振動，偏載等多種因素的影響，將重力準確地傳遞到傳感器是一個不可忽視的環(huán)節(jié)。如果沒有合理地安裝稱重傳感器以及沒有性能良好的聯(lián)接裝置，即皮帶秤秤架設(shè)計得再好，傳感器準確度再高，也不能得到很高的系統(tǒng)準確度及其長期穩(wěn)定性[8]。 圖5電子皮帶秤安裝示意圖對于皮帶秤的傳感器聯(lián)接裝置不僅在理論上需要有消除測向力的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且在傳感器聯(lián)接器的加工和安裝也要保證一定的精度。正常工作時，如果重力的作用點能在傳感器軸線周圍和某點周圍自如地游移，并不影響皮帶秤的準確度。但假若重力作用點產(chǎn)生了較大偏移，從某一點偏移到另一點而不能自如地游移，即正態(tài)分布的均值發(fā)生了變化。所以，如何保證聯(lián)接裝置的加工和安裝精度也是一個關(guān)鍵點，特別對于小量程的皮帶秤來說，皮帶秤的振動常使作用點產(chǎn)生偏移，在皮帶秤動態(tài)計量過程中，從某點偏移到另一點，造成了系統(tǒng)誤差。通常要求傳感器的連接有如下要求:(l)能有效消除測向力的影響；(2)在動態(tài)過程中，重力作用點不允許產(chǎn)生偏移只允許圍繞某點產(chǎn)生呈正態(tài)分布規(guī)律的游移；(3)便于安裝、維修；(4)標準化、系列化和整體性好；(5)成本低、加工簡單。 稱重傳感器選擇注意問題稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素，實際使用當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。1）使用環(huán)境稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝置。首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，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