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計量論壇

標題: 探究我國稱重傳感器的現場使用和調試 [打印本頁]

作者: csxfjsw123 時間: 2007-7-25 09:51
標題: 探究我國稱重傳感器的現場使用和調試
[color=#D6D6D6,direction=120);]探究我國稱重傳感器的現場使用和調試摘要：稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件，科學技術的飛速發展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應用到各行各業，實現了對物料的快速、準確的稱量。本文主要以全電子汽車衡為例，從對稱重系統的構成和工作原理、現場使用、調試和故障排除中來分析和總結了現狀。稱重傳感器的使用和調試。
關鍵詞：電子衡器稱重傳感器稱重儀表稱重系統
一、引言
現代信息技術的三大基礎是信息的采集、傳輸和處理技術，即傳感技術、通信技術和計算機技術，它們分別構成了信息技術系統的“感官”、“神經”和“大腦”。信息采集系統的首要部件是傳感器，且置于系統的最前端。在一個現代自動檢測系統中，如果沒有傳感器，就無法監測與控制表征生產過程中各個環節的各種參量，也就無法實現自動控制。在現代技術中，傳感器實際上是現代測試技術和自動化技術的基礎。
稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件。科學技術的飛速發展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應用到各行各業，實現了對物料的快速、準確的稱量。特別是隨著微處理機的出現，工業生產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、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分配多種原料的配料系統、生產工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域。在這里我以SCS全電子汽車衡為例談談稱重傳感器的現場使用和調試。
二、稱重系統的構成和工作原理
1．系統構成
SCS全電子汽車衡主要由稱重顯示儀表、稱重傳感器、秤體等三大部分構成。其中，秤體是被稱物體與轉換元件之間的機械傳力復位系統，包括接受被稱物體載荷的承載器、傳力復位機構、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。秤臺和傳力機構負責將物體的重量準確的傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器(一次儀表)位于秤臺和基礎之間，將被稱物體的重量按一定的函數關系轉換為相應的毫伏級電信號，通過接線盒信號電纜輸出到稱重顯示儀表(二次儀表)。經處理后儀表直接顯示被稱物體的重量數據。
2．工作原理
當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換為相應的mV級電信號。該信號經前置放大、濾波、A／D轉換。由微處理器(單片機)對信號處理后，數字顯示部位直接顯示稱重值。系統框圖如圖一：

三、現場使用和調試
根據長期在外現場調試的經驗，以全電子汽車衡為例，我國稱重傳感器的現場使用和調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，標定以及角差的調節，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
為了明確解決現場問題的目的，在這里有必要先了解國際法制計量組織(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確度等級：A級、B級、C級、 D級。并規定了每個等級的分度數上下限。見下表：

準確度等級	A級	B級	C級	D級
下限	50000	5000	500	100
上限	不限	100000	10000	1000

確定準確度等級的傳感器最大分度數以1000為單位表示。如：C3表示3000個分度數的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和實際檢定分度值有關。如下表所示：

最大允許誤差	載荷
最大允許誤差	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結構分為無基坑和淺基坑兩種，施工中應滿足下列要求：基礎設計符合《JJG668—90固定式電子衡檢定規程》的要求；基礎的地耐力不低于98KPa；基礎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。磅房內必須設置一根接地樁，接地電阻必須小于4歐姆。
對于配置防浪涌保護裝置的汽車衡和配置防爆裝置的汽車衡有更加嚴格的要求，基礎施工時必須嚴格按照提供的指標完成，否則將達不到防浪涌保護和防爆的要求。
從長期實際的秤體安裝中我認為應注意的問題是安裝限位螺栓和調整限位間隙。安裝時必須做到限位間隙達到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儀檢查是否水平。同時檢查和校正秤臺四周的間隙，使之達到安裝要求。
3．傳感器選擇
稱重傳感器在選用時要考慮到很多因素，實際的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、最小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標。
(1)使用環境
稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉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際工作環境，這點對于正確選用傳感器至關重要，它關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，高溫環境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內應力發生結構變化等問題；粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環境下會造成傳感器彈性體受損或產生短路現象；電磁場對傳感器輸出會產生干擾。相應的環境因素下我們必須選擇對應的傳感器才能滿足必要的稱重要求。
(2)傳感器的數量和量程
傳感器數量的選擇是根據電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數(支撐點數應根據秤體幾何重心和實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就選用幾只傳感器。
傳感器的量程選擇可依據秤的最大稱量值、選用傳感器的個數、秤體自重、可產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，其稱量的準確度就越高。但是在實際的使用當中，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。下面給出一個經過大量實驗驗證的經驗公式。
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的數量
      K0一保險系數，一般取1.2～1.3之間
      K1一沖擊系數
      K2一秤體的重心偏移系數
      K3一風壓系數
(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，它一般規定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計價秤、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、動態軌道衡、大噸位料斗秤等。
(4)傳感器的準確度等級選擇
傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復性、滯后、靈敏度等技術指標。在選用的時候不應該盲目追求高等級的傳感器，應該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復性和滯后三項指標的之和的均方根值略高于秤的精度。
4．標定以及角差的調節
以電子汽車衡為例，角差調節是一個非常重要的步驟。衡器檢定規程中做出了明確的要求，使用大質量的砝碼要比使用小質量砝碼組合的效果好。若用大砝碼應放在區域中心位置，若用小砝碼應均勻分布。N個承重點的秤，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節。調節方式分為兩種：供橋信號調節和輸出信號調節。從實際的使用角度來講我本人傾向于使用供橋信號調節，它的優勢在于調節范圍大、易用萬用表測試調節結果。但是從對整個精度來講我傾向于使用調節信號輸出。為了進一步認識這個問題，有必要了解造成偏載產生的原因。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)稱重傳感器并聯電路輸出阻抗低，抗干擾能力強。并聯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)秤體設計缺陷。4)土建基礎承載力不夠。5)秤體安裝不當。
從本人的長期調試經驗來看，上百噸的大型電子汽車衡角差的調節過程中一般不會使用大噸位砝碼(主要也是受現場實際情況的制約)。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到很好的偏載調節效果。比如你在檢定調節時的分度值為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18kg的誤差。另外需要注意的是，為了日后維護方便，必須明確接線盒中各個傳感器接線柱對應的傳感器在那個部位；只要調過角差，在使用時必須重新進行稱量標定。
對整個電子衡系統來講，標定是檢定的初期工作。一臺安裝好的電子衡器，對整機的計量性能包括：稱重時的準確性、重復性、偏載時的影響、穩定性、靈敏度等。投入到使用中的電子汽車衡檢定項目包括以下幾個方面：1)技術檢查和外觀檢查；2)自動調零功能檢查；3)調零范圍；4)調零準確度；5)空秤檢定；6)偏載檢定；7)稱量檢定；8)鑒別力檢定；9)重復性檢定。在檢定過程中應該注意這樣幾個問題：1)選擇能達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該取消，檢定前應確定零中心位置；3)按準確度等級中3個稱量段的相應誤差帶檢定時，應將空秤、最小稱量和3個誤差轉折點及兩個測試點，共七個稱量點包括進去；4)各個稱量點的誤差應按下列公式進行計算：δ=L-M+0.5e-△M式中：L——實際顯示值，△M——標準載荷(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或對判斷結果加以驗證)——修復(修理或更換)——檢定(系統調試后對其計量性能進行測試)。可根據實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通過下列方法檢測、判斷和驗證：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。如果測試結果達不到合格證上的數值，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算值過大(理想情況下不存在偏載時應該相等)或不穩定，即可判斷傳感器有故障。
6．稱重儀表的選擇和故障檢測
當選用多只稱重傳感器做為一個稱重系統時，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，即稱重傳感器的有關技術參數必須與儀表的有關技術參數匹配。以目前采用的并聯工作方式稱重系統為例，它要求系統實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轉換等；數字電路包括主處理器、協處理器、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故障判斷儀表已損壞。若懷疑是PCB出現問題，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參數進行設置校準。在使用稱重儀表時，必須清楚它與人屏幕、打印機及稱重軟件的接線方式，查看它們是否與稱重儀表匹配。
四．結語
總之，以稱重傳感器為核心的電子衡器在實際的使用過程中引發故障的原因很多，有時幾個故障可能同時出現。除了上述提到的情況外，還有諸如供電電源、外部磁場干擾、使用電子產品作弊等原因造成。因此，在現場的使用和調試過程中必須具有清晰的操作思路，認真的分析，積極的總結和積累現場操作經驗。如果這樣的話，可以大大減少現存的故障問題，可為現場調試節約人量的時間，為日后的維護提供方便。

參考文獻

【1】喬平，最新衡器使用維修與檢定規程實用手冊，安徽：安徽文化音像出
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【2】沈立人，王國君，如何正確使用稱重傳感器，衡器，2003(9)
【3】唐文炳，電子衡器使用與維護手冊，北京：中國計量出版社，1995.1
【4】王美勝，稱重傳感器的選擇，儀器儀表標準化與計量，2003(1)

作者: nbuyqf 時間: 2007-7-26 12:04
這篇文章的作者是我.這是我在2004年發表的文章.由于技術的革新,產品的更新換代.還希望各位把這篇文章的內容作為參考.有什么問題請大家和我及時溝通

作者: 核彈頭 時間: 2007-8-14 21:31
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