現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息的采集、傳輸和處理技術(shù)，即傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。信息采集系統(tǒng)的首要部件是傳感器，且置于系統(tǒng)的zui前端。在一個(gè)現(xiàn)代自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，如果沒(méi)有傳感器，就無(wú)法監(jiān)測(cè)與控制表征生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的各種參量，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在現(xiàn)代技術(shù)中，傳感器實(shí)際上是現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)。

    稱重傳感器被稱為電子衡器中的心臟部件?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，由稱重傳感器制作的電子衡器也已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的快速、準(zhǔn)確的稱量。特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過(guò)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(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制，到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等，都應(yīng)用了稱重傳感器。目前，稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。在這里我以SCS全電子汽車衡為例談?wù)劮Q重傳感器的現(xiàn)場(chǎng)使用和調(diào)試。

二、稱重系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

1．系統(tǒng)構(gòu)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(gòu)成。其中，秤體是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械傳力復(fù)位系統(tǒng)，包括接受被稱物體載荷的承載器、傳力復(fù)位機(jī)構(gòu)、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(tái)和傳力機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將物體的重量準(zhǔn)確的傳遞給稱重傳感器。稱重傳感器(一次儀表)位于秤臺(tái)和基礎(chǔ)之間，將被稱物體的重量按一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的毫伏級(jí)電信號(hào)，通過(guò)接線盒信號(hào)電纜輸出到稱重顯示儀表(二次儀表)。經(jīng)處理后儀表直接顯示被稱物體的重量數(shù)據(jù)。

2．工作原理

    當(dāng)稱重物體或載重汽車停放在秤臺(tái)上，載荷通過(guò)秤體將重量傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器將重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的mV級(jí)電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)前置放大、濾波、A／D轉(zhuǎn)換。由微處理器(單片機(jī))對(duì)信號(hào)處理后，數(shù)字顯示部位直接顯示稱重值。系統(tǒng)框圖如圖一：

三、現(xiàn)場(chǎng)使用和調(diào)試

    根據(jù)長(zhǎng)期在外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，以全電子汽車衡為例，我國(guó)稱重傳感器的現(xiàn)場(chǎng)使用和調(diào)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(biāo)定以及角差的調(diào)節(jié)，傳感器的各類故障檢測(cè)和排除，稱重儀表的選擇和故障檢測(cè)等。

*1．R60《稱重傳感器》建議

 為了明確解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的目的，在這里有必要先了解法制計(jì)量組織(OIML)R60《稱重傳感器》建議。R60《稱重傳感器》建議將傳感器分為四個(gè)準(zhǔn)確度等級(jí)：*、B級(jí)、C級(jí)、 D級(jí)。并規(guī)定了每個(gè)等級(jí)的分度數(shù)上下限。見(jiàn)下表：

準(zhǔn)確度等級(jí) * B級(jí) C級(jí) D級(jí) 

下限 50000 5000 500 100 

上限 不限 100000 10000 1000

確定準(zhǔn)確度等級(jí)的傳感器zui大分度數(shù)以1000為單位表示。如：C3表示3000個(gè)分度數(shù)的C級(jí)稱重傳感器。

稱重傳感器zui大允許誤差與其zui大分度數(shù)和實(shí)際檢定分度值有關(guān)。如下表所示：

zui大允許誤差 載荷 

* B級(jí) C級(jí) D級(jí) 

±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建議中給出的一個(gè)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(chǔ)結(jié)構(gòu)分為無(wú)基坑和淺基坑兩種，施工中應(yīng)滿足下列要求：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)符合《JJG668—90固定式電子衡檢定規(guī)程》的要求；基礎(chǔ)的地耐力不低于98KPa；基礎(chǔ)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?jī)?nèi)必須設(shè)置一根接地樁，接地電阻必須小于4歐姆。

   對(duì)于配置防浪涌保護(hù)裝置的汽車衡和配置防爆裝置的汽車衡有更加嚴(yán)格的要求，基礎(chǔ)施工時(shí)必須嚴(yán)格按照提供的指標(biāo)完成，否則將達(dá)不到防浪涌保護(hù)和防爆的要求。

   從長(zhǎng)期實(shí)際的秤體安裝中我認(rèn)為應(yīng)注意的問(wèn)題是安裝限位螺栓和調(diào)整限位間隙。安裝時(shí)必須做到限位間隙達(dá)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(tái)用水準(zhǔn)儀檢查是否水平。同時(shí)檢查和校正秤臺(tái)四周的間隙，使之達(dá)到安裝要求。

 *3．傳感器選擇

稱重傳感器在選用時(shí)要考慮到很多因素，實(shí)際的使用當(dāng)中我們主要從下列幾個(gè)因素考慮。另外，稱重傳感器的靈敏度、zui大分度數(shù)、zui小檢定分度值等也是傳感器選用中必須考慮的指標(biāo)。

(1)使用環(huán)境

稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電信號(hào)輸出裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)于正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)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(gè)衡器的可靠性和安全性。一般情況下，高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料融化、焊點(diǎn)開(kāi)化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題；粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下會(huì)造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出會(huì)產(chǎn)生干擾。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的傳感器才能滿足必要的稱重要求。

(2)傳感器的數(shù)量和量程

傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子衡器的用途、秤體需要支撐的點(diǎn)數(shù)(支撐點(diǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)秤體幾何重心和實(shí)際重心重合的原則而確定)而定。一般來(lái)說(shuō)秤體有幾個(gè)支撐點(diǎn)就選用幾只傳感器。

傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)決定。一般來(lái)講，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但是在實(shí)際的使用當(dāng)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(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器時(shí)，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(gè)經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)公式。

    公式如下：

    C=K0×K1×K2×K3(Wmax+W)／N

式中  C一單個(gè)傳感器的額定量程

          W一秤體自重

          Wmax一被稱物體凈重的zui大值

N一秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量

          K0一保險(xiǎn)系數(shù)，一般取1.2～1.3之間

          K1一沖擊系數(shù)

          K2一秤體的重心偏移系數(shù)

          K3一風(fēng)壓系數(shù)

(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(duì)于傳感器制造廠家來(lái)講，它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)形式、彈性體的材質(zhì)等。譬如鋁合金懸臂梁傳感器適合于電子計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)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(zhì)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(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

(4)傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)選擇

    傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時(shí)候不應(yīng)該盲目追求高等級(jí)的傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級(jí)和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復(fù)性和滯后三項(xiàng)指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。

 *4．標(biāo)定以及角差的調(diào)節(jié)

    以電子汽車衡為例，角差調(diào)節(jié)是一個(gè)非常重要的步驟。衡器檢定規(guī)程中做出了明確的要求，使用大質(zhì)量的砝碼要比使用小質(zhì)量砝碼組合的效果好。若用大砝碼應(yīng)放在區(qū)域中心位置，若用小砝碼應(yīng)均勻分布。N個(gè)承重點(diǎn)的秤，將zui大稱量1／(N一1)的砝碼分別放置在1／N承重臺(tái)板的面積上進(jìn)行偏載檢定。對(duì)于承受偏載量較小的承載器(如料斗秤)，在每個(gè)承重點(diǎn)上要施加約等于zui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(lái)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式分為兩種：供橋信號(hào)調(diào)節(jié)和輸出信號(hào)調(diào)節(jié)。從實(shí)際的使用角度來(lái)講我本人傾向于使用供橋信號(hào)調(diào)節(jié)，它的優(yōu)勢(shì)在于調(diào)節(jié)范圍大、易用萬(wàn)用表測(cè)試調(diào)節(jié)結(jié)果。但是從對(duì)整個(gè)精度來(lái)講我傾向于使用調(diào)節(jié)信號(hào)輸出。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題，有必要了解造成偏載產(chǎn)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(lián)電路輸出阻抗低，抗*力強(qiáng)。并聯(lián)電路對(duì)傳感器來(lái)講必須使輸出靈敏度公差要?。惠敵鲎杩蛊骄钜?；輸出靈敏度與阻抗之比要相等。3)秤體設(shè)計(jì)缺陷。4)土建基礎(chǔ)承載力不夠。5)秤體安裝不當(dāng)。

從本人的長(zhǎng)期調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，上百噸的大型電子汽車衡角差的調(diào)節(jié)過(guò)程中一般不會(huì)使用大噸位砝碼(主要也是受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的制約)。從整個(gè)秤的精度來(lái)講配合使用鑒別力測(cè)試時(shí)用的小砝碼觀察儀表閃變也可以達(dá)到很好的偏載調(diào)節(jié)效果。比如你在檢定調(diào)節(jié)時(shí)的分度值為20kg，雖然稱重顯示儀上顯示值為一致，但是幾個(gè)角有可能存在zui大達(dá)18kg的誤差。另外需要注意的是，為了日后維護(hù)方便，必須明確接線盒中各個(gè)傳感器接線柱對(duì)應(yīng)的傳感器在那個(gè)部位；只要調(diào)過(guò)角差，在使用時(shí)必須重新進(jìn)行稱量標(biāo)定。

對(duì)整個(gè)電子衡系統(tǒng)來(lái)講，標(biāo)定是檢定的初期工作。一臺(tái)安裝好的電子衡器，對(duì)整機(jī)的計(jì)量性能包括：稱重時(shí)的準(zhǔn)確性、重復(fù)性、偏載時(shí)的影響、穩(wěn)定性、靈敏度等。投入到使用中的電子汽車衡檢定項(xiàng)目包括以下幾個(gè)方面：1)技術(shù)檢查和外觀檢查；2)自動(dòng)調(diào)零功能檢查；3)調(diào)零范圍；4)調(diào)零準(zhǔn)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(fù)性檢定。在檢定過(guò)程中應(yīng)該注意這樣幾個(gè)問(wèn)題：1)選擇能達(dá)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(yīng)該取消，檢定前應(yīng)確定零中心位置；3)按準(zhǔn)確度等級(jí)中3個(gè)稱量段的相應(yīng)誤差帶檢定時(shí)，應(yīng)將空秤、zui小稱量和3個(gè)誤差轉(zhuǎn)折點(diǎn)及兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)，共七個(gè)稱量點(diǎn)包括進(jìn)去；4)各個(gè)稱量點(diǎn)的誤差應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算：δ=L-M+0.5e-△M式中：L——實(shí)際顯示值，△M——標(biāo)準(zhǔn)載荷(砝碼)值，e——檢定分度值，△M——到下一個(gè)閃變時(shí)的加載值。

*5．傳感器的各類故障檢測(cè)和排除

    對(duì)于全電子汽車衡來(lái)講，故障處理應(yīng)遵循這樣的步驟；觀察(故障觀察)——分析(故障原因)——檢測(cè)(為故障判斷提供依據(jù)或?qū)ε袛嘟Y(jié)果加以驗(yàn)證)——修復(fù)(修理或更換)——檢定(系統(tǒng)調(diào)試后對(duì)其計(jì)量性能進(jìn)行測(cè)試)?？筛鶕?jù)實(shí)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(diǎn)通過(guò)下列方法檢測(cè)、判斷和驗(yàn)證：1)阻抗判別法：逐個(gè)將傳感器的兩根輸出線、輸入線拆掉，用萬(wàn)用表測(cè)試輸出、輸入阻抗和信號(hào)電纜各芯線與屏蔽層間的絕緣電阻。如果測(cè)試結(jié)果達(dá)不到合格證上的數(shù)值，即可判斷為故障傳感器；2)信號(hào)輸出判斷：如果阻抗法無(wú)法判斷傳感器的好壞，可用此法做進(jìn)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(wàn)用表測(cè)量其Mv輸出值。假設(shè)額定激勵(lì)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(gè)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(jì)算值過(guò)大(理想情況下不存在偏載時(shí)應(yīng)該相等)或不穩(wěn)定，即可判斷傳感器有故障。

6．稱重儀表的選擇和故障檢測(cè)

當(dāng)選用多只稱重傳感器做為一個(gè)稱重系統(tǒng)時(shí)，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(guān)，即稱重傳感器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)必須與儀表的有關(guān)技術(shù)參數(shù)匹配。以目前采用的并聯(lián)工作方式稱重系統(tǒng)為例，它要求系統(tǒng)實(shí)際zui大電流必須小于稱重儀表的的zui大供橋電流。

稱重儀表一般由模擬電路和數(shù)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(zhuǎn)換等；數(shù)字電路包括主處理器、協(xié)處理器、各種存儲(chǔ)器、鍵盤和顯示器等。儀表故障診斷zui簡(jiǎn)便有效的方法就是用替代法。首先用模擬器或根據(jù)故障判斷儀表已損壞。若懷疑是PCB出現(xiàn)問(wèn)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(guò) PCB后必須按照說(shuō)明書對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置校準(zhǔn)。在使用稱重儀表時(shí)，必須清楚它與人屏幕、打印機(jī)及稱重軟件的接線方式，查看它們是否與稱重儀表匹配。

四．在使用過(guò)程中我們要對(duì)電子汽車衡進(jìn)行必要的日常維護(hù)及保養(yǎng)，按照說(shuō)明書的操作規(guī)程進(jìn)行操作，這樣能使我們的稱重設(shè)備各方面壽命大大加長(zhǎng)。