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传感器的原理及使用 传感器如何操作

时间:2020-08-19    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
原理:在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥,即为基础扭矩传感器;在轴上固定着:(1)能源环形变压器的次级线圈,(2)信号环形变压器初级线圈,(3)轴上印刷电路板,电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着:
(1)激磁电路
(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)
(3)信号环形变压器次级线圈(输出)
(4)信号处理电路
工作过程中的使用方法:
    给传感器提供±15V电源,激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波,经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源,通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈,得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源,该电源做运算放大器AD822的工作电源;由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源,该电源既作为电桥电源,又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时,应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号,再通过V/F转换器LM131变换成频率信号,通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈,再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号,该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙,加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内,形成有效的屏蔽,因此具有很强的抗干扰能力。 
    传感器输出的频率信号在零点时为10kHz.正向旋转满量程时为15KHz.反向旋转满量程时为5KHz。即满量程变量为5000个数/每秒。转速测量采用光电齿轮或者磁电齿轮的测量方法,轴每旋转一周可产生60个脉冲,高速或中速采样时可以用测频的方法,低速采样时可以用测周期的方法。此传感器精度可达±0.2%~±0.5%(F•S)。由于传感器输出为频率信号,所以无需AD转换即可直接送至计算机进行数据处理。 
传感器在商用电子秤中是如何应用的?

    商用电子计价秤在国内各大城市得到了日益广泛的使用。这种以电阻应变式称重传感器为转换部件的计价秤,已逐折在国内取代传统的机械式案秤和光栅式码盘秤。这种电阻应变式二计价秤用称重传感器的误差已可做到小于满量程的0.02%。所一以,电子计价秤已能完全符合国际商用秤2500分度的精度要求。目前,3000分度的电子计价秤已属一般产品,不少先进国家已制成了5000~6000分度的电子计价秤。

 

 

    电阻应变式商用电子秤精度高、反应速度快、结构紧凑、抗振抗冲击性能强,能广泛应用于商业计价秤、邮包秤、医疗秤、计一数秤、港口秤、人体秤及家用厨房秤。

    电阻应变式商用电子秤精度高、反应速度快、结构紧凑、抗振抗冲击性能强,能广泛应用于商业计价秤、邮包秤、医疗秤、计一数秤、港口秤、人体秤及家用厨房秤。

    电子计价秤在秤台结构上的一个显著特点是:一个相当大的秤台,只在中间装置一只专门设计的传感器来承担物料的全部重量。这与传统的用4个传感器作支承的秤台在结构上截然不同。

    尽管单只传感器支承了一个大面积的秤台,但仍能保证四角误差小于1/2000~1/3000,因为通过对传感器贴片部位的锉磨,‘可以综合消除被秤量物料在秤台坐标面上任意位置时的才向和,向的应变输出误差。

    单只传感器支承大秤台的设计方案,不仅大大降低了秤台和,传感器的遭价,而且使激励电源、仪表的数据处理及秤的调试大为简化,大大降低了系统的成本。

    徽处理机的应用,使商用电子秤具有多种功能,例如自动跟,踪去零、自动去皮、单价显示、费用累计等,通过一定接口电、路,还可进行自动打印。

    称重传感器是一种高精度的传感器,必须按规定的规格使用。若不按规定的规格使用,不仅不能发挥称重的作用,而且容易损坏,尤其是绝对不准超过负荷安全值使用。

    对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。

    非线性误差是传感器特性中较为重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿,也可得到改善。

    滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

    近年来,商用电子计价秤已逐渐国产化,其它诸如邮件秤、电子磅杯等工业用商用电子秤,早几年已能全部国产化。

标签: 电子秤
电子秤标签: 传感器在商用电子秤中是如何应用的?_电子秤组合标题: 摘要:计价秤传感器的准确度、温度性能、长期稳定性,对电子计价秤的性能有着至关重要的影响。本文分析了影响计价秤传感器质量的各种因素,结合制造工艺重点介绍了计价秤传感器的质量控制问题,并提出使用中的注意事项,以及安装调试等问题。
关键词:电子计价秤 计价秤传感器 温度性能 长期稳定性 质量管理

一、前言

1998年到2003年,国家质检总局对电子计价秤产品质量进行了6次国家监督抽查,合格率一直徘徊在50%左右,其中绝大部分是称重传感器温度性能不合格。由于计价秤传感器价值量偏低,受计价秤产品成本的影响,生产厂家竟相压低成本,使得传感器的产品质量下降,最终导致电子计价秤的产品质量不符合要求,损害消费者利益。要提高电子计价秤的产品质量,首先要抓好计价秤传感器的质量,较为重要的是要抓好传感器的温度性能。等效采用OIML R60国际建议的新国标GB7551-1997《称重传感器》,对于传感器的性能评价有了详细的要求,“必须认识到称重传感器可能具有小的非线性、滞后误差和适中的温度误差;或者恰好相反,可能具有适中的非线性、滞后误差和小的温度误差"。所以使用了允许总误差带作为限制因素。另一方面,传感器的质量是由使用的各种原材料的质量、工艺因素、质量管理等多方面原因决定的,解决了技术问题,在管理上没有下工夫,仍然不能获得高质量的产品,尤其是在批量生产的条件下,管理方面小的失误,就可能造成生产现场大量的损失。称重传感器的生产是一项系统工程,只有将技术与质量管理有效的结合,才能生产出合格的产品。

二、影响计价秤传感器质量的几个因素

总结设计、生产中的经验,在传感器的生产中,一般要考虑如下的因素:

1、应变计:包括基底(胶)材料,金属箔材,结构(有无盖膜,丝栅尺寸),级别,测试方法,出厂标准等;

2、贴片胶:包括品牌,品质,材料性质,使用期限,使用方法,是否易于工艺控制等;

3、弹性体:包括材质,批次的同一性,化学成分,热处理状态,机械性能,加工精度等;

4、贴片及装配工艺:包括夹具设计,压力,胶块尺寸,压力施加的稳定性,固化温度,焊点质量,电缆线的质量等;

5、防潮措施:主要是防潮材料的性能,防潮工艺,材料的耐侯性能等;

6、应变计与弹性体蠕变匹配:应变计、弹性体生产批号的变更,会影响传感器的蠕变性能,所以,要进行传感器的蠕变匹配;

7、传感器的温度补偿:包括零点温度和灵敏度温度补偿。这个工序决定了传感器的准确度。在按照新国标的要求对传感器进行的评价时,高低温性能尤其重要。

8、传感器的安装:螺丝的材质和夹紧力,弹性体和安装面的平整程度,有无毛刺;安装面材质的影响:不锈钢,电镀钢材,铸铝,铸铁等,由于结合面摩擦力的不同,对传感器温度性能的影响;

9、四角误差的调整:四角调整工装与秤台的安装位置关系,调整量对零点的影响,四角的精度等。

三、对上述影响因素的控制是保证产品质量的前提

计价秤传感器的结构比较简单,电路也不复杂,在质量控制中,关键是抓好重点环节。

1、关于应变计、贴片胶、弹性体的质量控制

一般来说,这三种材料是做好传感器的基础,是前提条件,基础做不好,就不可能有好的质量。所以,要选择有质量信誉的生产厂家,一般是大公司,如生产规模较大或销售额较大的公司。由于材料批号的变更会导致应变计与弹性体性能不匹配,造成传感器性能不合格,而工艺的调整和控制,牵涉到弹性体尺寸、补偿电阻阻值等一系列的问题,故对基础材料,要严格的选择和控制。通过对生产厂家质量管理的了解,试用中对产品质量的考核,批次生产中对质量问题的控制处理等,严格的筛选应变计、贴片胶、弹性体材料。对这些问题,研究和探讨的技术论文较多,推荐的产品也很多,可供参考。

2、贴片和固化工艺

这是制做一个高品质传感器的关键,决定了传感器的质量。传感器生产厂家都知道它的重要性,但各家采取的方法却有所不同。关键在于严细程度。一是环境要清洁;二是操作者自身要作好清洁防护,如:不能化妆,防止油性物质污染弹性体;戴好口罩,手套等,防止人的唾液溅到应变计上;三是胶水的使用要严格按照说明书的要求执行,如配胶方法,储存条件,使用注意事项,固化温度及时间,压力,失效期等;四是弹性体要清洁,贴片部位要擦拭干净,不能有油脂、污物、砂粒等,影响胶粘质量;五是应变计的粘贴和固定要准确,粘贴中不能损伤到应变计的丝栅,不要偏离定位尺寸,应变计不能产生滑移;六是要防止贴片胶在连续使用中受到污染;七是夹具的施压应准确,符合设计要求,不能对应变计产生横向力,高温固化时不能产生热松弛;八是固化温度和保温时间要适当,符合胶粘剂的固化温度要求;另外,耐温橡胶块的尺寸大小,厚度,硬度等,都会对应变计的粘贴性能造成影响。还有一些影响因素,如操作的方式,操作者的细心程度,涂胶的尺寸等,都需要贴片人员在实践中摸索和掌握。

3、防潮措施

防潮措施是保证传感器的长期稳定性的一项措施。计价秤传感器在潮湿的环境中使用时,若秤的密封性能不好,会使传感器受到湿热的影响,使应变计及密封材料受潮,绝缘下降,造成秤的零点漂移。一般防潮材料是硅胶、聚胺脂等,还有橡胶类防潮剂。选择时考虑的因素有:一、不能影响传感器的性能,尤其是蠕变性能,或者影响量有据可循;二、便于施工,固化,易于操作,高温固化时不损坏传感器的器件;三、防护效果有效;四、较为重要的一点是按照GB7551-1997《称重传感器》的要求,进行湿热实验,可以达到标准的要求;五、特殊的要按照使用环境的要求,如,盐厂、海水养殖厂、鱼市等,进行实验,应该达到标准或使用的要求。后者可以根据需要,与使用方达成协议,如保证两年,还是五年不出问题。只有经过试验和计价秤现场的实际应用,才能保证传感器的性能不出问题。近几年来,国外有许多优秀的防潮材料在传感器上获得应用,制定的传感器防潮标准比国内的标准有较大提高,很好地保证了传感器的长期稳定性。

4、传感器蠕变性能匹配和温度补偿

八十年代末期,国内出现了蠕变自补偿应变计,利用应变计栅头部分结构尺寸的改变,来完成传感器的蠕变补偿,使之达到规定的精度。对于计价秤传感器来说,由于弹性体是铝材,所以,传感器的蠕变性能就与应变计和铝材有关,以及与应变计的粘贴技术有关。当铝材的批号发生变化时,就要对传感器的蠕变性能进行考察,当然,对于传感器的高低温蠕变性能,也要进行考察,以保证传感器的性能符合使用要求。在此之间,要确保贴片、固化工艺和夹具的质量稳定,只有一个变化的因素。当确定了新材料需匹配的应变计蠕变补偿号之后,才具备了批量生产的必备条件之一。目前,应变计生产厂家对应变计的蠕变批号做的很细,完全可以保证用户的要求。其次,要进行传感器零点温度和灵敏度温度补偿。一般来讲,零点温度补偿由于容易实现,所以要全数进行;而灵敏度温度补偿,由于需进行加载、加温测试,时间长,可以采取抽样的方法,确定补偿的参数,在后续的批量生产中应用。若传感器的原材料保持不变,如:应变计、弹性体的批号不变,电缆线的材料和长度不变,灵敏度温度补偿电阻和并联电阻的阻值不变等,传感器的灵敏度温度影响是基本一定的。由于计价秤传感器是双孔平行梁结构,输出的线性度很好,所以控制好了传感器的蠕变和温度性能后,基本上就达到了国标三千分度的要求。至此,方可以对传感器进行批量生产。在生产中,对铝材的批号,应变计的批号要严格的控制,作好分类管理和追溯,发生不合格品要及时处理,避免与下一批次的材料相混淆。选定蠕变和灵敏度温度补偿的参数之后,就可以进行批量生产了。

5、传感器的安装和四角误差调整

传感器的安装,影响到传感器的性能,对于小量程的传感器更要注意,避免在安装中使传感器受到较大的力,损坏到传感器的应变梁。力矩大小要与螺丝的大小相匹配,避免将弹性体的螺纹拉坏;弹性体和秤架的结合面,不能有突起或毛刺;四角调整工装与传感器的中心相对位置,要与秤架的位置相匹配。若弹性体应变梁的壁厚不均,或者应变计的粘贴位置偏离,造成四角误差较大,在调整中还要注意用力不当会引起零点变化以及造成传感器的零点不稳定。传感器的零点温度补偿是在传感器不受力的情况下进行的,当在秤上安装后,要注意考察在传感器受力的情况下,零点温度的值是否会发生变化。

以上是我们在工作中的一些体会。认真的抓好技术和管理,不断总结经验和教训,就一定可以生产出高精度计价秤传感器。

参考文献
刘九卿:《我国称重传感器总体质量水平急待提高》《衡器》2005年第1期

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