称重传感器的技术应用 传感器是如何工作的

技术特点 

在工企业中应用的称重仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、敏锐度来形貌。仪表工校验仪表通常也是调校精确度，变差和敏锐度三项。 

变差是指称重仪表被测变量（可明白为输入信号）多次从差异偏向到达同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，大概说是仪表在外界条件稳固的环境下，被测参数由小到大变革（正向特性）和被测参数由大到小变革（反向特性）不划一的程度，两者之差即为仪表变差。可靠性称重控制仪表可靠性是化工企业仪表工所寻求的另一紧张性能指标。可靠性和仪表维护量是相辅相成的，仪表可靠性高阐明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。对付化工企业检测与进程控制仪表，大部门安置在工艺管道、种种塔、釜、罐、器上。 

称重仪表在称重传感器中的稳固性在规定事情条件内，称重仪表某些性能随时间连结稳固的本领称为稳固性（度）。仪表稳固性是化工企业仪表工一天的性能指标。由于化工企业利用仪表的环境相比拟力恶劣，被测量的介质温度、压力变革也相比拟力大，在这种环境中投入仪表，利用仪表的某些部件随时间连结稳固的本领会减弱，仪表的稳固性会降落。徇或表征仪表稳固性尚未有定量值，化工企业通常用仪表零漂移来衡量仪表的稳固性。称重仪表稳固性的优劣直接关联到仪表的利用范畴，偶然直接影响化工生产，稳固性不好造成的影响比双仪表精度降落对化工生产的影响还要大。稳固性不好仪表维护量也大，是仪表工最不盼望出现的事情。 

称重仪表的敏锐度偶然也称”放大比”，也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增长放大倍数可以提高仪表敏锐度，单纯加大敏锐度并不改变仪表的性能，即称重仪表精度并没有提高，相反偶然会出现振荡表征，造成输出不稳固。仪表敏锐度应连结恰当的量。 

对于大部分客户来讲，仪表精度虽然是一个紧张指标，但在实际利用中，更强调仪表的稳固性和可靠性，因为化工企业检测与进程控制仪表用于计量的为数不多，而大量的是用于检测。另外，利用在进程控制体系中的检测仪表其稳固性、可靠性比精度更为紧张。 

随着仪表更新换代，特别是微电子技能引入称重仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这性能指标也越来越珍视，通常用平均无妨碍时间MTBF来形容仪表的可靠性。一台全智能称重变送器的MTBF比一个平常非智能仪表如电动Ⅲ变送器要高10倍左右。称重仪表在使用前要与称重传感器配套进行数字标定。标定实际上就是用标准砝码对衡器进行校准。标定后的仪表内部保存有相对于这一组传感器的标定系数。有了这个系数后，仪表才可以把称重传感器的模拟信号转变为重量数字显示。 

应用描述 

板环式称重传感器用途与特点：结构紧凑、防护性能好。精度高、长期稳定性好。适用于吊钩秤、机电结合秤及其它力值的测量。 

数字式定义 

数字称重传感器是一种能将重力转变为电信号的力-电转换装置，它主要是指集电阻应变式称重传感器、电子放大器（英文简称AMC）、模数转换技术（英文简称ADC）、微处理器（简称MCU）于一体的新型传感器。 

特点和应用 

数字称重传感器和数字计量仪表技术的发展已逐渐成为称重技术领域的新宠，其以调试简便高效、适应现场能力强等优势正在该领域崭露头角。 

S型定义 

S型称重传感器是传感器中较为常见的一种传感器,主要用于测固体间的拉力和压力，通用也人们也称之为拉压力传感器，因为它的外形像S形状，所以习惯上也称S型称重传感器，此传感器采用合金钢材质，胶密封防护处理，安装容易，使用方便，适用于吊秤，配料秤，机改秤等电子测力称重系统。 

构成 

敏感元件 

直接感受被测量(质量)并输出与被测量有确定关系的其他量的元件。如电阻应变式称重传感器的弹性体，是将被测物体的质量转变为形变;电容式称重传感器的弹性体将被测的质量转变为位移。 

变换元件 

又称传感元件，是将敏感元件的输出转变为便于测量的信号。如电阻应变式称重传感器的电阻应变计(或称电阻应变片)，将弹性体的形变转换为电阻量的变化;电容式称重传感器的电容器，将弹性体的位移转变为电容量的变化。有时某些元件兼有敏感元件和变换元件两者的职能。如电压式称重传感器的压电材料，在外载荷的作用下，在发生变形的同时输出电量。 

测量元件 

将变换元件的输出变换为电信号，为进一步传输、处理、显示、记录或控制提供方便。如电阻应变式称重传感器中的电桥电路，压电式称重传感器的电荷前置放大器。 

辅助电源 

为传感器的电信号输出提供能量。一般称重传感器均需外链电源才能工作。因此，作为一个产品必须标明供电的要求，但不作为称重传感器的组成部分。有些传感器，如磁电式速度传感器，由于他输出的能量较大，故不需要辅助电源也能正常工作。所以并非所有传感器都要有辅助电源。 

常用材料 

称重传感器性能的好坏很大程度上取决于制造材料的选择。称重传感器材料包括以下几个部分：应变片材料、弹性体材料、贴片黏合剂材料、密封胶材料、引线密封材料和引线材料。 

应变片和电阻元件材料 

应变片是称重传感器的感应部分，它将外力的大小转化为电学量输出，是传感器较为重要的组成部分，常用的应变片基材采用高分子薄膜材料，应变材质通常为高纯度康铜 。应变片的性能不仅仅与基材和康铜纯度有关，还与制造工艺有关。提高工艺技术水平也是改善传感器性能一个很重要的方面。 

弹性体材料 

称重传感器弹性体的作用是传递外力，它必须具有在受到相同力大小的时候，产生形变一样，因为应变片就粘贴在弹性体上面，弹性体的形变就是应变片的形变；同时它还须具有复位性，在外力消失的时候，可以自动复位。弹性体材料通常选择各样金属，主要有铝合金、不锈钢和合金钢等等。 

贴片黏合剂材料 

贴片黏合剂是把应变片和弹性体牢牢固定在一起，使它们产生的形变永远一致。由此可见，贴片黏合剂也是一个重要部件。21世纪初，使用较多的贴片黏合剂是双组分高分子环氧系列黏合剂。21世纪初，它的性能与它自身的纯度、混合方式、储存时间、固化方式、固化时间等关系很大，在使用之前要仔细阅读它的详细介绍。 

密封胶材料 

早期的称重传感器密封都采用密封胶，后来由于制造技术的发展，用焊接技术可以提高极大传感器的稳定性和使用寿命。虽然21世纪初很多采用了焊接技术，但是某些重要部位还需涂抹一些密封胶。密封胶一般都采用硅胶，硅胶具有稳定性好的优点，可以防潮、防腐蚀，绝缘性能也非常好。 

引线密封和引线材料 

传感器输出引线如果不固定的话，会发生损坏或松动，导致信号不稳定或没有输出。21世纪初传感器输出都采用连接器的方式，连接器的材质和紧固力度也会给输出带来影响。可以采用连接器跟密封胶配合使用。内部引线也需要固定，防止其到处移动。引线的质量也很重要，其材质性能从高到低的排列顺序依次为镀银、铜线和铝线。如果周围高频信号、无线电波干扰严重的话，还需采用屏蔽电缆；在腐蚀性环境和易燃易爆场合则需要采用防腐防阻燃和防爆电缆，外加套管进行保护。 

安装注意事项 

称重传感器要轻拿轻放，尤其对于用合金铝材料作为弹性体的小容量传感器，任何振动造成的冲击或者跌落，都很有可能造成很大的输出误差。设计加载装置及安装时应保证加载力的作用称重传感器受力轴线重合，使倾斜负荷和偏心负荷的影响减至最小。 

在水平调整方面。如果使用的是称重传感器的话，其底座的安装平面要使用水平仪调整直到水平；如果是多个传感器同时测量的情况，那么它们底座的安装面要尽量保持在一个水平面上，这样做的目的主要是为了保证每个传感器所承受的力量基本一致。 

按照其说明中称重传感器的量程选定来确定所用传感器的额定载荷。为防止化学腐蚀．安装时宜用凡士林涂称重传感器外表面。应避免阳光直晒和环境温度剧变的场台使用。在称重传感器加载装置两端加接铜编织线做的旁路器。 

电缆线不宜自行加长，在确实需加长时应在接头处锡焊，并加防潮密封胶。在称重传感器周围可以采用一些挡板把传感器罩起来。这样做的目的可防止杂物掉进传感器的运动部分，影响其测量精度。 

传感器的电缆线应远离强动力电源线或有脉冲波的场所，无法避竞时应把称重传感器的电缆线单独穿入铁管内，并尽量缩短连接距离。 

按其说明中的称重传感器量程选定来确定所用传感器的额定载荷，称重传感器虽然本身具备一定的过载能力，但在安装和使用过程中应尽量避免此种情况。有时短时间的超载，也可能会造成传感器永久损坏。 

在高度精度使用场合，应使/称重传感器和仪表在预热30分钟后使用。 

应用 

在高速公路的入口处建造载重检测支路，当载重卡车驶过动态称重桥时，称重传感器和电子称即自行检查判断，同时给出信号控制交通信号灯。这样我们就能很好的知道车辆有没有超重，从而考虑要不要此车辆通行。这种应用在高速路上的称重传感器要求量程大，精度要求不是特别高，但是长期稳定性必须好，随着传感器和其它电子设备的发展，将会越来越智能化，从而实现无人控制就能阻止超重车辆通过，还能能车辆按重量收费。 

小结 

随着市场的扩大，称重传感器的厂家也越来越多，如何在市场上能做的更好，不难分析得出，只有在不断的提高传感器的技术和服务才能走在市场顶端。随着新技术革命的来到，中国乃至全球都开始进入一个全新的信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器才是获取自然和生产领域中信息的最主要途径与手段。 

在现代化工业生产以及自动化生产过程中，需要用到各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，称重传感器的功能是使设备工作在正常状态或较佳状态，并使生产出来的产品达到可以的质量。可以说，没有众多的优良的称重传感器，现代化生产也就失去了基础。如此看来，称重传感器将在这个智能化生产产业中是会有美好的发展前途。 随着石油化学工业的发展，易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都得到了增加。这些气体在生产、运输、使用 过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。由于气体本身存在的 扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或 毒害危险区，扩大危害区域。例如，1995年7月，四川省成都市化工总厂液氯车间发生氯气泄漏，当场造成3人死 亡，6人受伤，仅约一小时左右，市区范围数十平方公里范围内都能闻到刺激性的氯气味。因此，这类事故具有突 发性强、扩散迅速、救援难度大、危害范围广等特点。一旦发生气体泄漏事故，必须尽快采取相应措施进行处置， 才能将事故损失降低到最低水平。及时可靠地探测空气中某些气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。这就对气体的检测和监测设备提出了较高的要求。作为一种重要的气体探测器，气体传感器近年来得到了很大的发展。气体传感器的发展使得其应用越来越广泛。本文介绍了气体传感器的发展情况及在气体泄漏事故处置中的应用前景。

1气体传感器

国外从30年代开始研究开发气体传感器。过去气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气及矿井中的瓦斯气体的检测与报警，目前需要检测的气体种类由原来的还原性气体（H2,C4H10,CH4）等扩展到毒性气体（CO,NO2,H2S,NO,NH3,PH3）等。

气体传感器种类繁多。按所用气敏材料及气敏特性不同，可分为半导体式、固体电解质式、电化学式、接触燃烧式、高分子式等。

1.1半导体气体传感器

这种传感器主要使用半导体气敏材料。自从1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用广泛的传感器之一。按照检测气敏特征量方式不同分为电阻式和非电阻式两种。

电阻式半导体气体传感器是通过检测气敏元件随气体含量的变化情况而工作的。主要使用金属氧化物陶瓷气敏材料。随着近年来复合金属氧化物、混合金属氧化物等新型材料的研究和开发，大大提高了这种气体传感器的特性和应用范围。例如：WO3气体传感器可检测NH3的浓度范围为5ppm～50ppm,ZnO-CuO气体传感器对200ppm的CO非常敏感。

非电阻式半导体气体传感器是利用气敏元件的电流或电压随气体含量而变化的原理工作的。主要有MOS二极管式和结型二极管式，以及场效应管式气体传感器。检测气体大多为氢气、硅烷等可燃气体。

1.2固体电解质气体传感器

固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量H2S的YST-Au-WO3、测量NH3的NH+4CaCO3等。

1.3接触燃烧式气体传感器

可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是：气敏材料在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，产生的热量使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体，对不燃性气体不敏感。例如，在Pt丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器，具有广谱特性，即可以检测各种可燃气体。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定，并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测，普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。

1.4高分子气体传感器

利用高分子气敏材料的气体传感器近年来得到了很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。主要有酞菁聚合物、LB膜、苯菁基乙炔、聚乙烯醇-磷酸、聚异丁烯、氨基十一烷基硅烷等。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。根据所用材料的气敏特性，这类传感器可分为：通过测量气敏材料的电阻来测量气体浓度的高分子电阻式气体传感器；根据气敏材料吸收气体时形成浓差电池，测量电动势来确定气体浓度的浓差电池式气体传感器；根据高分子气 敏材料吸收气体后声波在材料表面传播速度或频率发生变化的原理制成的声表面波气体传感器；以及根据高分子气敏材料吸收气体后重量变化而制成的石英振子式气体传感器等。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以补充其它气体传感器的不足。

2、气体传感器的发展方向

目前，国内外对新的气敏材料和气体传感器的研究非常活跃，其主要研究和发展方向主要集中在以下几点：
首先，开发新的气敏材料。主要措施是在传统的半导体气敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中掺杂一些元素，目前有很多这方面的研究报道；其次是研制和开发复合型和混合型半导体气敏材料和高分子气敏材料，使这些材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。

另外，开发新的气体传感器，应用新材料、新工艺和新技术，对气体传感器的机理做进一步研究，使传感器更加微型化和多功能化，并具有性能稳定、使用方便、价格低廉等特点。

同时，进一步采用计算机技术实现气体传感器的智能化。气体传感器和计算机技术相结合，出现了智能气体传感器——电子鼻。国内外已成功开发了鉴别和检测食品、香料等的电子鼻。研制开发新型仿生气体传感器-仿生电子鼻是未来气体传感器发展的主要方向。

3、气体传感器在气体泄漏事故处置中的应用

3.1用于可燃气体监测报警

目前，气敏材料的发展使得气体传感器的灵敏度高、性能稳定、结构简单、体积小、价格便宜，并提高了传感器的选择性和敏感性。现有的燃气报警器，多采用氧化锡加贵金属催化剂气敏元件，但选择性差，并且因催化剂中毒而影响报警的准确性。半导体气敏材料对气体的敏感性与温度有关。常温下敏感度较低，随着温度的升高，敏感度增加，在一定温度下达到峰值。由于这些气敏材料在需要在较高温度下（一般大于100℃）达到敏感度可以，这不仅要消耗额外的加热功率，还会引发火灾。

气体传感器的发展解决了这一问题。例如，氧化铁系气敏陶瓷所制的气体传感器，不需要添加贵金属催化剂就可造成灵敏度高、稳定性好、具有一定选择性的气体传感器。降低半导体气敏材料的工作温度，大大提高它们在常温下的灵敏度，使其能在常温下工作。目前，除了常用的单一金属氧化物陶瓷外，又开发了一些复合金属氧化物半导体气敏陶瓷和混合金属氧化物气敏陶瓷。

将气体传感器安装在易燃、易爆、有毒有害气体的生产、储运、使用等场所中，及时检测气体含量，及早发现泄漏事故。并将气体传感器与保护系统联动，使保护系统在气体到达爆炸极限前动作，将事故损失控制在最低。同时，气体传感器的小型化和价格的降低，使之进入家庭成为可能。

3.2在气体检测及事故处置中的应用

3.2.1检测气体种类及特性

在气体泄漏事故发生后，事故处置将围绕采样检测、确定警戒区域、组织危险区域内群众撤离、抢救中毒人员、堵漏、洗消等方面展开。进行处置的第一个方面应该是尽量减少泄漏对人员的伤害，这就要求了解泄漏气体的毒性。气体的毒性指泄漏使物质能够扰乱人们机体的正常反应，因而降低人在事故中制订对策和减轻伤害的能力。美国消防协会将物质的毒性分为以下几类：

NH=0火灾时除一般可燃物危险外，短期接触没有其它危险的物质。

NH=1短期接触可引起刺激，致人轻微伤害的物质。

NH=2高浓度或短期接触可致人暂时失去能力或残留伤害。

NH=3短期接触可致人严重的暂时或残留伤害。

NH=4短暂接触也能致人死亡或严重伤害。[ZK）>

注：以上毒性系数N/-H值只是用来表示人体受害的程度，不能用于工业卫生和环境的评价。

由于有毒气体可通过人的呼吸系统进入人体造成伤害，在处置有毒气体泄漏事故时的安全防护必须迅速完成。这就要求事故处置人员在到达事故现场后，在最短的时间内能够了解气体的种类、毒性等特性。

将气体传感器阵列与计算机技术相结合，组成智能气体探测系统，能够做到迅速准确识别气体种类，从而测出气体的毒性。智能气体传感系统由气敏阵列、信号处理系统和输出系统组成。采用多个具有不同敏感特性的气敏元件组成阵列，利用神经网络模式识别技术对混合气体进行气体识别和浓度监测。同时，将常见有毒、有害、易燃气体的种类、性质、毒性输入计算机，并根据气体的性质编制事故处置预案输入计算机。当泄漏事故发生后，智能气体探测系统将按下面程序工作：

进入现场→吸附气体样品→气敏元件产生信号→计算机识别信号→计算机输出气体种类、性质、毒性及处置方案

由于气体传感器的灵敏度较高，在气体浓度很低的时候就可以进行检测，而不必深入事故现场，以避免不了解情况而造成不必要的伤害。使用计算机处理，以上过程可以迅速完成。这样，可以迅速准确地采取有效的防护措施，实施正确的处置方案，将事故损失降低到最低程度。另外，由于系统中存储常见气体的性质及处置预案等信息，如果知道泄漏事故中气体的种类，可直接在这套系统中查询气体性质和处置方案。

3.2.2寻找泄漏点

当泄漏事故发生后，迅速寻找泄漏点，采取适当的堵漏措施是防止事故进一步扩大的必要条件。在有些情况下，由于管线较长、容器较多、泄漏点较隐蔽等原因，特别是泄漏较轻时，泄漏点的寻找比较困难。由于气体的扩散性，气体从容器或管线中泄漏出以后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，开始向四周扩散，即离泄漏点越近，气体的浓度越高。根据这一特点，使用智能气体传感器可解决这一问题。与检测气体种类的智能传感系统不同的是，这种系统的气敏阵列选用若干敏感性部分重叠的气敏元件组成，使传感系统对某一种气体的敏感性增强，利用计算机处理气敏元件的信号变化，可以很快检测出气体的浓度变化，然后根据气体浓度变化找到泄漏点。
目前，气敏元件集成化使传感器系统的微型化成为可能。例如，日本松下公司研制的一种集成化超微粒传感器，可探测氢气、甲烷等气体，集中在2mm见方的硅片上。同时，计算机技术的发展可以使这种系统的探测速度更快。因此，可以开发小型易于携带的智能传感器系统。将这一系统和合适的图像识别技术相结合，利用遥控技术可以使它自动进入隐蔽空间、有毒有害等人员不宜进入的地点工作，查找泄漏点的位置。

4、结束语

开发新的气体传感器，特别是开发和完善智能气体传感系统，使之可以在气体泄漏事故中起到报警、检测、识别、智能决策等方面的作用。大大提高气体泄漏事故处置的工作效率和安全性，对于控制事故损失具有重要的作用。现在，气体传感器的研究和开发非常活跃，新的气敏材料不断出现，气体传感器的智能化也得到了一定发展。

相信在有关科研人员的不断努力下，将会有技术更加成熟的智能气体传感系统，在气体泄漏事故处置中的应用将会更加广泛。

冷凝水流量计接地与传感器绝缘安装方法



 

1．冷凝水流量计传感器的接地

 

传感器输出信号的接地点应与被测介质电气连接，这是电磁流量计工作的必要条件。当流体切割磁力线产生流量信号时，是以流体本身作为零电位的，一个电极上的产生正电势，另一个电极上产生负电势，不断交替变化。因此，转换器输入端中点（信号电缆屏蔽层）必须与流体共处于零电位且导通，这样才能构成对称的输入回路。转换器的输入端中点是通过传感器输出信号的接地点与被测流体电气连通的。如不满足这个条件，流量计就不能正常工作，这是传感器的信号回路决定的。

 

 对于冷凝水流量计的接地问题必须有一个正确的认识，要重视，但又不能盲目地过分强调。对于以大地电位为参考电位，与大地的连接问题，由于一般金属管道都与大地连通，流动介质通过金属管道与大地电气连接，所以这一点一般均能满足。因此，电磁流量计并不要求非单独设置接地装置不可，尤其是小口径电磁流量传感器，但单独设置接地装置有利于仪表的可靠运行。

   

由于传感器的输出信号很小，通常只有几毫伏。为了提高仪表抗干扰能力，输入回路中的零电位必须接地，以大地电位为零电位，这是传感器接地的充分条件。

 

2．传感器在不同安装状况下地接地

 

（1）冷凝水流量计传感器安装在塑料管道或内壁有绝缘涂层、衬里、漆层的金属管道上的接地

当传感器安装在绝缘管道上时，两端必须安装金属短管或接地环，然后用导线连接，与流体“导通”。假如被测流体的腐蚀性很强，安装金属短管和接地环在材料上有困难时，可以在传感器两端的绝缘管道上打孔安装接地电极。接地电极采用耐蚀合金材料制成，用导线与传感器的接地螺钉连接。

 

（2）冷凝水流量计传感器安装在金属管道上地接地

将传感器的接地导线按制造厂的要求连接到两侧管道法兰上，就可形成可靠的接地回路。仪表的接地点应是一个独立的接地点，不允许与其他电气设备的接地线连接在一起。接地电阻应小于10 Ω，有些型号仪表规定应小于100Ω 。