【文章內(nèi)容簡介】 柱環(huán)式傳感器由于本身的結(jié)構(gòu)特性目前大多僅用于測量拉力，其精度一般在 到 之間。 剪切梁式傳感器運(yùn)用剪切原理制作而成，精度跟穩(wěn)定性都很高，一般都不需要要線性補(bǔ)償都能達(dá)到要求。它不受測力點(diǎn)變化的影響。 測量范圍在幾十 Kg 的場合一般選用單 S 梁式傳感器，它不適合在振動(dòng)大的時(shí)候使用。 由以上內(nèi)容，本方案的稱重傳感器選擇剪切梁式傳感器。 稱重傳感器 選型的 原則 1．穩(wěn)定性的選擇 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱 為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除其本身結(jié)構(gòu)外，主要是使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇適合的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。 環(huán)境對稱重傳感器會(huì)造成如下影響： 10 （ 1）高溫環(huán)境造成傳感器的涂覆材料融化、焊點(diǎn)開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。 （ 2）露天粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響。 （ 3）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響。 （ 4）電磁場對傳 感器輸出紊亂信號(hào)的影響。 （ 5）易燃、易爆環(huán)境必須選用特制的防爆傳感器。 傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能經(jīng)受住長時(shí)間的考驗(yàn)。 2．靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量對應(yīng)的輸出信號(hào)值才比較大，有利于信號(hào)處理。但靈敏度高時(shí)，與被測量無關(guān)的外界噪聲也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳 感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號(hào)。 3．對傳感器數(shù)量和量程的選擇 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)使秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定）而定。 傳感器量程的選擇可依據(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)載等因素綜合評價(jià)來確定。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)，但有較大沖擊力的衡器，在選用傳感器時(shí)，一般要使傳感器工作在其量程的 20%～ 30%之內(nèi)，才能保證傳感器的使用安全和壽命。 4．精度 的選擇 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測量系統(tǒng)測量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 11 如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就選用精度等級能滿足要求的傳感器稱重傳感器。 精度選擇滿足下列兩個(gè)條件： （ 1）滿足稱重變送器輸入的要求。傳感器的輸出信號(hào)必 須大于或等于稱重變送器要求的輸入信號(hào)。 （ 2）在對傳感器精度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的精度略高于理論計(jì)算值。 本方案 中， 物料 對衡器沖擊小，且物料 重 5000g， 選擇 4 個(gè) 5000g 的傳感器，使傳感器工作在其 30%～ 70%量程內(nèi) ，正好滿足要求。 托利多 MTB5 稱重 傳感器 根據(jù) 和 的結(jié)論，選擇 托利多 MTB5 單點(diǎn)式波紋管焊接密封不銹鋼傳感器 。 1． 托利多 MTB5 稱重傳感器 產(chǎn)品特點(diǎn) （ 1） 獲得荷蘭 NMI 頒發(fā)的 OIML R60 C3 證書 （ 2） 安裝高度低 （ 3） 不銹鋼材質(zhì) （ 4） 焊接 密封，防護(hù)等級 IP68 （ 5） 防爆性能滿足 EEx ib tlc T4 要求 （ 6） 同 HBM Z6 兼容 （ 7） 可提供高溫傳感器，最高工作溫度為 200℃ （ 8）適用于包裝秤、皮帶秤和化工 等行業(yè)的配料稱重控制 。 2． 托利多 MTB5 稱重傳感器 技術(shù)指標(biāo)： 技術(shù)指標(biāo)如表 21 所示。 表 21 MTB5 稱重傳感器技術(shù)指標(biāo) 額定容量 kg 5 靈敏度 mV/V 2177。 不重復(fù)性 %. ≤ 滯后 %. ≤177。 12 續(xù)表 21 非線性 %. ≤177。 蠕變（ 30 分） %. ≤177。 零點(diǎn)輸出 %. ≤177。 1 溫度補(bǔ)償范圍 ℃ 10～ +40 工作溫度范圍 ℃ 20～ +65 靈敏度溫度系數(shù) %Load/ ℃ ≤177。 零點(diǎn)溫度系數(shù) %./ ℃ ≤177。 輸入阻抗 Ω 387177。 4 輸出阻抗 Ω 350177。 1 絕緣電阻 MΩ ≥ 5000(直流 50V) 建議激 勵(lì)電壓 V(DC/AC) 5～ 15 最大激勵(lì)電壓 V(DC/AC) 20 安全過載 %. 150 極限過載 %. 300 防護(hù)等級 IP68 電纜長度 m 3 稱重變送器的選擇 稱重變送器的用途和特點(diǎn) 1．用途 稱重變送器是一種將物理量變換成電信號(hào)，將毫伏信號(hào)輸出的傳感器經(jīng)隔離放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)的變送器。通常采用 SMT 工藝，針對工 業(yè)過程的電阻應(yīng)變式信號(hào)傳感器而設(shè)計(jì)制造，適用于不同規(guī)格稱重傳感器。 稱重變送器在工業(yè)稱重過程中常用的一 種變送器，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、信號(hào)傳輸轉(zhuǎn)換和集散稱重控制系統(tǒng)和配料系統(tǒng)，主要應(yīng)用于水泥、混凝土、玻璃、造紙、塑膠、化工、冶金、有色、棉紡、試驗(yàn)機(jī)等行業(yè)稱重式料位、重量負(fù)荷、張力、拉壓力信號(hào)的變送、顯示、檢測等。 13 2．特點(diǎn) 稱重變送器有穩(wěn)定性好，輸出信號(hào)可以直接用 PLC 等控制，安裝簡易。 AT10 模擬型稱重變送器 根據(jù)工程的實(shí)際情況和傳感器的數(shù)量，我們 選擇 AT10 模擬型稱重變送器 。 1． AT10 模擬型稱重變送器規(guī)格 ，如表 22 AT10 稱重變送器規(guī)格 所示。 表 22 AT10 稱重變送器規(guī)格 電源 24Vdc177。 15% 傳感器激勵(lì)電壓 10Vdc ( 最多 4 x 350 傳感器 ) 功耗 6W 可用輸出 0–5Vdc, 0–10Vdc, 0–20mA 或 4–20mA 滿刻度輸入范圍 3mV－ 30mV 可選 線性度 + %滿刻度 安裝 DIN 導(dǎo)軌安裝 尺寸 (長 高 寬 ) 125mm 90mm 65mm 接線 端子塊，節(jié)距 傳感器連接 4 線 + 屏蔽 儲(chǔ)存溫度 20 至 + 50 176。C 工作溫度 10 至 +40 176。C（最大相對濕度 85%無冷凝 ) 熱穩(wěn) 定性 20ppm / 176。C 零點(diǎn)標(biāo)定 使用 4 個(gè)撥碼開關(guān)簡單調(diào)整 零點(diǎn)標(biāo)定 使用 20 圈微調(diào)筒精確調(diào)整 滿刻度標(biāo)定 使用 4 個(gè)撥碼開關(guān)簡單調(diào)整 滿刻度標(biāo)定 使用 20 圈微調(diào)筒精確調(diào)整 模擬濾波器 通過 270176。圈微調(diào)筒調(diào)整 CE 認(rèn)證 EN500811e、 EN500822 EMC、 EN610101 LVD 可選項(xiàng) 115/230Vac 50/60Hz 電源， DIN 導(dǎo)軌安裝 2． AT10 接線圖 和各端子功能 AT10 各端子功能如表 23 所示。 14 表 23 AT10 各端子功能 20 極 MA 6 極 MB 1. 傳感器 1 激勵(lì)電壓 21. 模擬輸出 0/420mA+ 2. 傳感器 1 激勵(lì)電壓 + 22. 模擬輸出 010V+ 3. 傳感器 1 信號(hào) – 23. 模擬輸出 4. 傳感器 1 信號(hào) + 24. 電源 (24V) 5. 屏蔽 25. 電源 (24V)+ 6. 傳感器 2 激勵(lì)電壓 26. 接地 7. 傳感器 2 激勵(lì)電壓 + 8. 傳感器 2 信號(hào) – 9. 傳感器 2 信號(hào) + 10. 屏蔽 11. 傳感器 3 激勵(lì)電壓 12. 傳感器 3 激勵(lì)電壓 + 13. 傳感器 3 信號(hào) – 14. 傳感器 3 信 號(hào) + 15. 屏蔽 16. 傳感器 4 激勵(lì)電壓 17. 傳感器 4 激勵(lì)電壓 + 18. 傳感器 4 信號(hào) – 19. 傳感器 4 信號(hào) + 20. 屏蔽 3． AT10 總則 本變送器必須安裝在 DIN 導(dǎo)軌上，端子塊 “ MA”的位置必須垂直處于下方。 為防止變送器在運(yùn)行過程中受到損壞，請始終保持金屬蓋子處于關(guān)閉狀態(tài)。 當(dāng)使用可選的其他電源時(shí)，必須就近與變送器安裝。兩個(gè)裝置之間的電纜線不得超過 1 米。 4． AT 10 輸入電壓 （ 1） 輸入電壓必須和端子塊“ MB”相連接。 （ 2） 輸入電壓 的范圍 ： 20Vdc 至 28Vdc (24Vdc177。 15%)。 5．與 稱重傳感器的連接 在連接稱重傳感器之前，請參考以下 內(nèi)容 ： 15 （ 1） 稱重傳感器的電纜應(yīng)遵循它們自身的路徑。 （ 2） 如果傳感器電纜為 6 芯導(dǎo)線 (含 +/ sense)，則“ + Sense”必須和“ +Exc”的端子連接在一起；“ Sense”必須和“ – Exc”的端子連接在一起。 （ 3） 本變送器連接的稱重傳感器的最大數(shù)量為 4 350 歐姆。 （ 4） 激勵(lì)電壓為 10Vdc。 （ 5） 本變送器的輸入信號(hào)范圍允許稱重傳感器具有 13mV/V 的靈敏度。 （ 6） 稱重傳感器必須和端子塊“ MA”相連接。 6． 模擬輸出 （ 1） AT10 變送器可選擇電壓或電流作為模擬輸出。 （ 2） 電壓輸出為 010Vdc；電流輸出為 020mA 或 420 mA。 （ 3） 電流輸出最大負(fù)載阻抗為 500。 （ 4） 模擬輸出的電纜連接必須遵循其自身的路徑。 （ 5）使用跳線器 J1 選擇 010 V、 0 20mA 或 4 20mA 的模擬輸出。J1 關(guān) ： 420mA； J1 開 ： 020mA/ 0 10V。 7． 模擬濾波器的使用 （ 1） 跳線器 J2 是用來當(dāng)模擬輸出不穩(wěn)定時(shí)插入模擬濾波器的。 J2 關(guān) : 濾波器可用 ； J2 開 :濾波器不可用 。 （ 2） 當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)微調(diào)筒時(shí)，會(huì)影響到濾波值的增加。 （ 3） 當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)微調(diào)筒時(shí)，會(huì)影響到濾波值的減少。 舵機(jī)的選擇 舵機(jī)是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝在一個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡單的輸入信號(hào)比較精確的轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。舵機(jī)安裝了一個(gè)電位器或其它角度傳感器檢測輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制板根據(jù)電位器的信息能比較精確的控制和保持輸出軸的角度。這樣的直流電機(jī)控制方式叫閉環(huán)控制，所以舵機(jī)更準(zhǔn)確的說是伺服馬達(dá) 。 16 舵機(jī)的規(guī)格和選型 舵機(jī)的規(guī)格主要有幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、尺寸、重量 、材料等。在做舵機(jī)的選型時(shí)要對以上幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。 （ 1） 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速由舵機(jī)無負(fù)載的情況下轉(zhuǎn)過 60176。角所需時(shí)間來衡量，常見舵機(jī)的速度一般在 176。 ~176。之間。 （ 2）轉(zhuǎn)矩 舵機(jī)扭矩的單位是 KG?CM，這是一個(gè)扭矩單位。可以理解為在舵盤上距舵機(jī)軸中心水平距離 1CM 處，舵機(jī)能夠帶動(dòng)的物體重量。 （ 3）最大旋轉(zhuǎn)角度 不同的舵機(jī)，最大旋轉(zhuǎn)角度不同。以 90176。、 180176。和 360176。居多。 （ 3）尺寸、重量和材質(zhì) 舵機(jī)的功率（速度轉(zhuǎn)矩）和舵機(jī)的尺寸比值可以理解為該舵機(jī) 的功率密度，一般同樣品牌的舵機(jī)，功率密度大的價(jià)格高。 塑料齒輪的舵機(jī)在超出極限負(fù)荷的條件下使用可能會(huì)崩齒，金屬齒輪的舵機(jī)則可能會(huì)電機(jī)過熱損毀或外殼變形。所以材質(zhì)的選擇并沒有絕對的傾向，關(guān)鍵是將舵機(jī)使用在設(shè)計(jì)規(guī)格之內(nèi)。 用戶一般都對金屬制的物品比較信賴，齒輪箱期望選擇全金屬的，舵盤期望選擇金屬舵盤。但需要注意的是，金屬齒輪箱在長時(shí)間過載下也不會(huì)損毀，最后 導(dǎo)致 電機(jī)過熱損壞或外殼變形，而這樣的損壞是致命的，不可修復(fù)的。塑料軸的舵機(jī)如果使用金屬舵盤是很危險(xiǎn)的，舵盤和舵機(jī)軸在相互扭轉(zhuǎn)過程中，金屬舵盤不會(huì)磨損，舵機(jī)軸會(huì) 在一段時(shí)間后變得光禿，導(dǎo)致舵機(jī)完全不能使用。 綜上，選擇舵機(jī)需要在計(jì)算自己所需扭矩和速度，并確定使用電壓的條件下，選擇有 150%左右甚至更大扭矩富余的舵機(jī)。 本課題選擇的舵機(jī)為 MG955。 MG955 舵機(jī) MG955 參數(shù)： （ 1）產(chǎn)品尺寸： ** 17 （ 2）產(chǎn)品重量： 55g （ 3）工作扭矩： 13Kg/cm （ 4）反應(yīng)速度： 5362R/M （ 5）轉(zhuǎn)動(dòng)角度：最大 180 度 （ 6）結(jié)構(gòu)材質(zhì) :金屬銅齒、空心杯電動(dòng)機(jī)、雙滾珠軸承 電動(dòng)機(jī) 的選擇 本方案 對 用到的電動(dòng)機(jī)沒有特 殊的要求，根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速選擇合適的電