称重传感器

CELTRON称重传感器对电容和电场的要求随着现代科技的发展不断的进步，称重传感器也迎来了技术更新的时代。其中Celtron称重传感器，HBM称重传感器都已经成为了现在产品的革新代表。虽然称重传感器还是会受环境因素的影响，但是称重传感器的电容和电场的要求还是不变的。
CELTRON称重传感器主要表现在以下几个方面：
第一，称重传感器的容量比较容易受到电极的几何尺寸的影响，所以一般不能做的很大。因此称重传感器的输出阻抗比较高，从而导致称重传感器的负载能力较差，容易受到外界的干扰而产生不稳定的现象，甚至还是导致称重传感器不能正常的进行工作。
第二，称重传感器的输出的特性是非线性，虽然在设计的时候采用的是差分的方式进行改善，但是也不能从根本上完全消除，而且只有是在忽略了电场的边缘效应时，输出才能够呈线性。因为边缘效应会产生附加的电容量会使传感器的电容器直接进行叠加，从而导致输出的特性为非线性。
第三，称重传感器的初始的电容量很小，但是连接传感器和电子线路的引线电容和电子线路的杂散电容以及传感器的内板极与周围的导体所构成的电容等寄生电容缺较大，不仅是传感器的灵敏度降低，还使这些电容常常随机变化，使得仪器的工作极不稳定，从而影响了测量的精度。 
CELTRON称重传感器电阻应变
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
CELTRON称重传感器称重传感器
一、电阻应变片
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （2—2）
用式（2--1）去除式（2--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3）
另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
从材料力学我们知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L
=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L
= K *ΔL/L （2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （2--7）
式（2--6））说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（2--6）常写作：
ΔR/R = Kε (2—8)
CELTRON称重传感器对电容和电场的要求
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。
以托利多公司的SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3） （2--9）
其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。
因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
4.1 工作过程 在测量过程中，重量加载到称重传感器的弹性体上会引起塑性变形。
称重传感器应变 (正向和负向) 通过安装在弹性体上的应变片转换为电子信号。最简单的弯曲梁称重传感器只有一个应变片。
通常，弹性体和应变片通过多种方式来结合，例如，外壳，密封部件等来保护应变片。
5 注意事项
重量传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用重量传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。在重量传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。
5.1 注意事项 传感器的信号电缆，不和强电电源线或控制线并行布置（例如不要把传感器信号线和强电电源线及控制线置于同一管道内）。若它们必须并行放置，那么，它们之间的距离应保持在50CM以上，并把信号线用金属管套起来。
不管在何种情况下，电源线和控制线均应绞合起来，合程度50转/米，若传感器信号线需要延长，则应采用特制的密封电缆接线盒。若不用此种接线盒，而采用电缆与电缆直接对接（锡焊端头），则应对密封防潮特别予以注意，接好后应检验绝缘电阻，且需达到标准（2000～5000M），必要时，应重新标定传感器。
若信号电缆线很长，又要保证很高的测量精度，应考虑采用带有中继放大器的电缆补偿电路。
所有通向显示电路或从电路引出的导线，均应采用屏蔽电缆。屏蔽线的联接及接地点应合理。若未通过机械框架接地，则在外接地，但屏蔽线互相联接后未接地，是浮空的。
注意：有3只传感器是全并联接法，传感器本身是4线制，但在接线盒内换成6线制接法。
传感器输出信号读出电路不应和能产生强烈干扰的设备（如可”控硅，接触器等）及有可观热量产生的设备放在同一箱体中，若不能保证这一点，则应考虑在它们之间设置障板隔离之，并在箱体内安置风扇。
用以测量重量传感器输出信号的电子线路，应尽可能配置独立的供电变压器，而不要和接触器等设备共用同一主电源。
5.2 安装注意 重量传感器要轻拿轻放，尤其是由合金铝制作弹性体的小容量传感器，任何冲击、跌落，对其计量性能均可能造成极大损害。对于大容量的电阻应变式重量传感器，一般来说，它具有较大的自重，故而要求在搬运、安装时，尽可能使用适当的起吊设备（如手拉葫芦、电动葫芦等）。
安装传感器的底座安装面应平整、清洁，无任何油膜，胶膜等存在。安装底座本身应有足够的强度和刚性，一般要求高于传感器本身的强度和刚度。
5.3 水平调整 水平调整有两个方面的内容。一是单只传感器安装底座的安装平面要用水平仪调整水平，另一方面是指多个传感器的安装底座的安装面要尽量调整到一个 水平面上（用水准仪），尤其是传感器数多于三个的称重系统中，更应注意这一点，这样做的主要目的是为了使各传感器所承受的负荷基本一致。
每种重量传感器的加载方向都是确定的，而我们使用时，一定要在此方向上加载负荷。横向力、附加的弯矩、扭矩力应尽量避免。
尽量采用有自动定位（复位）作用的结构配件，如球形轴承、关节轴承、定位紧固器等。他们可以防止某些横向力作用在传感器上。要说明的是：有些横向力并不是 机械安装引起的，如热膨胀引起的横向力，风力引起的横向力，及某些容器类衡器上的搅拌器的振动引起的横向力即不是机械安装引起的。
某些衡器上有些必须接到秤体上的附件（如容器秤的输料管道等），我们应让他们在传感器加载主轴的方向上尽量柔软一些，以防止他们“吃掉”传感器的真实负荷合而引起误差。
重量传感器周围应尽量设置一些“挡板”，甚至用薄金属板把传感器罩起来。这样可防止杂物玷污传感器及某些可动部分，而这种“沾污”往往会使可动部分运动不爽，而影响称量精度。
系统有无运动不爽现象，可以用以下方法判别。即在秤台上加或减大约千分之一额定负荷看看称重显示仪是否有反映，有反映，说明可动部分未受“沾污”。
重量传感器虽然有一定的过载能力，但在称重系统安装过程中，仍应防止传感器的超载。要注意的是，即使是短时间的超载，也可能会造成传感器永久损坏。在安装过程中，若确有必要，可先用一个和传感器等高度的垫块代替传感器，到最后，再把传感器换上。
在正常工作时，传感器一般均应设置过载保护的机械结构件。若用螺杆固定传感器，要求有一定的紧固力矩，而且螺杆应有一定的旋入螺纹深度。一般而言，固定螺杆因采用高强度螺杆。
传感器应采用铰合铜线（截面积约50mm2）形成电气旁路，以保护它们免受电焊电流或雷击造成的危害。重量传感器的使用中，必须避免强烈的热辐射，尤其是单侧的强烈热辐射。

CELTRON称重传感器对电容和电场的要求