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衡器应变式称重传感器故障原因分析
2020-02-08 14:47:20 点击：
应变式称重传感器故障原因分析
随着技术的进步，使用称重传感器 制作的电子衡器已广泛应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。应变式传感器由于其制作工艺较为简单，加工成本较为低廉，故被大批量生产，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
应变式传感器基本定义：电阻应变式传感器是一种用金属弹性体将力转换为电信号的功能元件。它通过粘贴在弹性体敏感表面的电阻应变计及其以一定方式组成的电桥电路，在外加电源的激励下，实现力—应变—电阻—电信号变化四个转换环节转化 的一种力敏感传感器 。由于电阻应变式传感器必须通过一定形态的机械构件来实现力的传递，通过电阻应变计来实现电信号的传递，从而达到力的测量，因此，电阻应变式传感器被人们称为机电一体化器件。二十世纪三十年代，人们发明了应变计，利用应变计对材料进行应力分析，来研究材料的力学特性。随着研究的深入，人们反其道来分析，利用金属材料的稳定性，设计出了各种电阻应变式传感器，来进行各种物理量的测量。二十世纪五十年代，随着电子技术的快速发展，应变计制造技术的进一步成熟，电阻应变式传感器开始得到广泛地应用，各种结构、不同用途的电阻应变式传感器也相应被设计出来。
2、基本分类
人们对电阻应变式传感器的命名各种各样，根据其结构形式，应变式传感器可分为：平膜片式、平行梁式、柱式、桥式、悬臂梁式、双梁式、轮幅式、压力环式、板环式等。根据其用途可以分为：
2测力传感器、称重传感器、压力传感器、引伸计、位移传感器、扭矩传感器、速度传感器、高度传感器、加速度传感器等。
3、应用范围
电阻应变式传感器的检测对象——力，不单指垂直方向的拉力或压力它还可以是力空间六分量中任何一个单独的分量（力或力矩）。只要对弹性体进行专门设计，它可对融合作用于一个构件的六分量进行互不干扰的检测，同时输出六个与被测量有线性关系的电信号。适当改变弹性体的承载结构，电阻应变式传感器同样可检测压强（单位 kg/m2），其中包括气体压强、液体压强、土层压强等。电阻应变式传感器还可应用于位移检测、应变检测、形位检测、密度检测及液位检测。因为这些几何量和物理量都可以通过弹性体结构上的变化，将其转换为力学量。如今，电阻应变式传感器已广泛地应用于航空、航天、钢铁、石油、煤炭、交通、计量、机械制造等等领域。
传感器基本原理
1、传感器的电路原理
电阻应变式传感器是通过弹性体来实现力的传递，通过粘贴于弹性体上的应变计阻值的变化来实
现力—电信号转换，通过惠斯登电桥的放大作用将信号输出。
图 1 电阻应变式传感器的基本电路图
2、传感器的电路计算
图 1 是典型的惠斯登电桥，其计算分析过程为：
U=U0 R3/（R2+R3）-U0R4/（R1+R4）
=U0［R3（R1+R4）-R4（R2+R3）］/（R1+R4）（R2+R3）
=U0（R1·R3-R2·R4）/（R1+R4）（R2+R3）
对其微分：
3
△ U/U0 =（△ R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4）/4
根据应变计原理：Kε= △ R/R
△ U/U0 =（Kε1-Kε2+Kε3-Kε4）/4=K（ε1+ε3-ε4-ε2）/4
在上式中：U 为传感器输出电压；U0 传感器输入电压，即供桥电压；R1、R2、R3、R4 分别为各桥臂应变计标称电阻值；K 为电阻应变计的灵敏系数；ε 即为粘贴应变计处弹性体的应变量。如
果 R1=R2=R3=R4=R，那么 ε1=ε3=-ε4=-ε2=ε，则传感器输出△ U/U0 =Kε。
以上可以看出，应变式传感器的输出灵敏度△ U/U0 是与输入电压无关的，只与弹性体的应变有关，单位为ｍ V/V。
3、应变式传感器的组成
电阻应变式传感器主要由弹性体、应变计、补偿电路、电缆线、密封材料等几部分组成，下面对这几部分的功能加以简单描述：
（1）弹性体：力的采集元件，是应变式传感器的基本构成部件；
（2）应变计：将力信号转换为电阻值变化的敏感 元件，是构成应变式传感器的心脏 元件；
（3）补偿电路：用于对传感器的零点，输出灵敏度等基本参数进行修正，以满足产品标准和用户使用要求，是构成传感器的必要部分；
（4）电缆线：用于将应变计采集的信号输出的载体，是构成传感器的必须部分；
（5）密封材料：为保护传感器的性能满足设计要求，适应外界环境的变化，刷涂，粘贴或封灌在传感器 敏感栅上的一些材料，主要目的是防止外界的灰尘，潮气和有害气体侵蚀传感器，对产品性能造成影响和破坏。
随着技术的进步，使用称重传感器 制作的电子衡器已广泛应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。应变式传感器由于其制作工艺较为简单，加工成本较为低廉，故被大批量生产，在我国工业生产过程检测与控制、自动计量等领域已大量应用。
应变式传感器基本定义：电阻应变式传感器是一种用金属弹性体将力转换为电信号的功能元件。它通过粘贴在弹性体敏感表面的电阻应变计及其以一定方式组成的电桥电路，在外加电源的激励下，实现力—应变—电阻—电信号变化四个转换环节转化 的一种力敏感传感器 。由于电阻应变式传感器必须通过一定形态的机械构件来实现力的传递，通过电阻应变计来实现电信号的传递，从而达到力的测量，因此，电阻应变式传感器被人们称为机电一体化器件。二十世纪三十年代，人们发明了应变计，利用应变计对材料进行应力分析，来研究材料的力学特性。随着研究的深入，人们反其道来分析，利用金属材料的稳定性，设计出了各种电阻应变式传感器，来进行各种物理量的测量。二十世纪五十年代，随着电子技术的快速发展，应变计制造技术的进一步成熟，电阻应变式传感器开始得到广泛地应用，各种结构、不同用途的电阻应变式传感器也相应被设计出来。
2、基本分类
人们对电阻应变式传感器的命名各种各样，根据其结构形式，应变式传感器可分为：平膜片式、平行梁式、柱式、桥式、悬臂梁式、双梁式、轮幅式、压力环式、板环式等。根据其用途可以分为：
2测力传感器、称重传感器、压力传感器、引伸计、位移传感器、扭矩传感器、速度传感器、高度传感器、加速度传感器等。
3、应用范围
电阻应变式传感器的检测对象——力，不单指垂直方向的拉力或压力它还可以是力空间六分量中任何一个单独的分量（力或力矩）。只要对弹性体进行专门设计，它可对融合作用于一个构件的六分量进行互不干扰的检测，同时输出六个与被测量有线性关系的电信号。适当改变弹性体的承载结构，电阻应变式传感器同样可检测压强（单位 kg/m2），其中包括气体压强、液体压强、土层压强等。电阻应变式传感器还可应用于位移检测、应变检测、形位检测、密度检测及液位检测。因为这些几何量和物理量都可以通过弹性体结构上的变化，将其转换为力学量。如今，电阻应变式传感器已广泛地应用于航空、航天、钢铁、石油、煤炭、交通、计量、机械制造等等领域。
传感器基本原理
1、传感器的电路原理
电阻应变式传感器是通过弹性体来实现力的传递，通过粘贴于弹性体上的应变计阻值的变化来实
现力—电信号转换，通过惠斯登电桥的放大作用将信号输出。
图 1 电阻应变式传感器的基本电路图
2、传感器的电路计算
图 1 是典型的惠斯登电桥，其计算分析过程为：
U=U0 R3/（R2+R3）-U0R4/（R1+R4）
=U0［R3（R1+R4）-R4（R2+R3）］/（R1+R4）（R2+R3）
=U0（R1·R3-R2·R4）/（R1+R4）（R2+R3）
对其微分：
3
△ U/U0 =（△ R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4）/4
根据应变计原理：Kε= △ R/R
△ U/U0 =（Kε1-Kε2+Kε3-Kε4）/4=K（ε1+ε3-ε4-ε2）/4
在上式中：U 为传感器输出电压；U0 传感器输入电压，即供桥电压；R1、R2、R3、R4 分别为各桥臂应变计标称电阻值；K 为电阻应变计的灵敏系数；ε 即为粘贴应变计处弹性体的应变量。如
果 R1=R2=R3=R4=R，那么 ε1=ε3=-ε4=-ε2=ε，则传感器输出△ U/U0 =Kε。
以上可以看出，应变式传感器的输出灵敏度△ U/U0 是与输入电压无关的，只与弹性体的应变有关，单位为ｍ V/V。
3、应变式传感器的组成
电阻应变式传感器主要由弹性体、应变计、补偿电路、电缆线、密封材料等几部分组成，下面对这几部分的功能加以简单描述：
（1）弹性体：力的采集元件，是应变式传感器的基本构成部件；
（2）应变计：将力信号转换为电阻值变化的敏感 元件，是构成应变式传感器的心脏 元件；
（3）补偿电路：用于对传感器的零点，输出灵敏度等基本参数进行修正，以满足产品标准和用户使用要求，是构成传感器的必要部分；
（4）电缆线：用于将应变计采集的信号输出的载体，是构成传感器的必须部分；
（5）密封材料：为保护传感器的性能满足设计要求，适应外界环境的变化，刷涂，粘贴或封灌在传感器 敏感栅上的一些材料，主要目的是防止外界的灰尘，潮气和有害气体侵蚀传感器，对产品性能造成影响和破坏。
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