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2017-12-7 閱讀(1631)
美國HARDY哈帝稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器應先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用稱重傳感器至關重要，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。在稱重傳感器主要技術指標的基本概念和評價方法上，新舊國標有質的差異。主要有S型、懸臂型、輪輻式、板環(huán)式、膜盒式、橋式、柱筒式等幾種樣式。
美國HARDY哈帝稱重傳感器的原理：
電阻應變式稱重傳感器是基于這樣一個原理：彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。
由此可見，電阻應變片、彈性體和檢測電路是電阻應變式稱重傳感器中*的幾個主要部分。下面就這三方面簡要論述。
一、電阻應變片
電阻應變片是把一根電阻絲機械的分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。我們來介紹一下它的意義。
設有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。當這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R：
R = ρL/S（Ω） （2—1）
當他的兩端受F力作用時，將會伸長，也就是說產(chǎn)生變形。設其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。此外，還可用實驗證明，此金屬電阻絲在變形后，電阻率也會有所改變，記作Δρ。
對式（2--1）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。我們有：
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，我們知道導線的橫截面積S = πr2，則 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r （2—4）
從材料力學我們知道
Δr/r = -μΔL/L （2—5）
其中，負號表示伸長時，半徑方向是縮小的。μ是表示材料橫向效應泊松系數(shù)。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））說明了電阻應變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關系。
需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質決定的一個常數(shù)，它和應變片的形狀、尺寸大小無關，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。
在材料力學中ΔL/L稱作為應變，記作ε，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便
常常把它的百萬分之一作為單位，記作με。這樣，式（2--6）常寫作：
ΔR/R = Kε (2—8)
二、彈性體
彈性體是一個有特殊形狀的結構件。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質的應變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想的完成應變棗電信號的轉換任務。
以稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應力分布。
設有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。
肓孔底部中心是承受純剪應力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應力。主應力方向一為拉神，一為壓縮，若把應變片貼在這里，則應變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應變片的下半部將受壓縮，阻值減少。下面列出肓孔底部中心點的應變表達式，而不再推導。
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--揚氏模量：μ—泊松系數(shù)；B、b、H、h—為梁的幾何尺寸。
需要說明的是，上面分析的應力狀態(tài)均是“局部”情況，而應變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。
三、檢測電路
檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。
因為全橋式等臂電橋的靈敏度zui高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。
美國HARDY哈帝稱重傳感器的安裝注意事項：
1、稱重傳感器要輕拿輕放，尤其對于用合金鋁材料作為彈性體的小容量傳感器，任何振動造成的沖擊或者跌落，都很有可能造成很大的輸出誤差。
2、設計加載裝置及安裝時應保證加載力的作用稱重傳感器受力軸線重合，使傾斜負荷和偏心負荷的影響減至zui小。
3、在水平調整方面。如果使用的是稱重傳感器的話，其底座的安裝平面要使用水平儀調整直到水平；如果是多個傳感器同時測量的情況，那么它們底座的安裝面要盡量保持在一個水平面上，這樣做的目的主要是為了保證每個傳感器所承受的力量基本一致。
4、按照其說明中稱重傳感器的量程選定來確定所用傳感器的額定載荷。
5、為防止化學腐蝕．安裝時宜用凡士林涂稱重傳感器外表面。應避免陽光直曬和環(huán)境溫度劇變的場臺使用。
6、在稱重傳感器加載裝置兩端加接銅編織線做的旁路器。
7、電纜線不宜自行加長，在確實需加長時應在接頭處錫焊，并加防潮密封膠。
8、在稱重傳感器周圍采用一些擋板把傳感器罩起來。這樣做的目的可防止雜物掉進傳感器的運動部分，影響其測量精度。
9、傳感器的電纜線應遠離強動力電源線或有脈沖波的場所，無法避競時應把稱重傳感器的電纜線單獨穿入鐵管內(nèi)，并盡量縮短連接距離。
10、按其說明中的稱重傳感器量程選定來確定所用傳感器的額定載荷，稱重傳感器雖然本身具備一定的過載能力，但在安裝和使用過程中應盡量避免此種情況。有時短時間的超載，也可能會造成傳感器*損壞。
11、在高度精度使用場合，應使/稱重傳感器和儀表在預熱30分鐘后使用。
美國HARDY哈帝稱重傳感器的誤差分析：
1、稱重傳感器運用差錯是操作人員發(fā)生的，這也意味著發(fā)生的緣由許多，例如，溫度不同時發(fā)生的差錯，包羅探針放置過錯或探針與測量地址之間不正確的絕緣，別的一些應用差錯包羅空氣或其他氣體的凈化過程中發(fā)生的過錯，運用差錯也觸及變送器的過錯放置，因而正或負的壓力將對正確的讀數(shù)形成影響。
2、特性差錯為設備自身固有的，它是設備的、*的搬運功用特性和實在特性之間的差，這種差錯包羅DC漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形。
3、動態(tài)差錯許多傳感器的特性和校準都是適用靜態(tài)條件下的，這意味著運用的輸入?yún)?shù)是靜態(tài)或類似于靜態(tài)的，許多傳感器具有較強阻尼，因而它們不會對輸入?yún)?shù)的改動進行疾速呼應，如，熱敏電阻需求數(shù)秒才干呼應溫度的階躍改動。
4、熱敏電阻不會當即跳躍至新的阻抗，或發(fā)生驟變，相反，它是慢慢地改動為新的值，然后，若是具有推遲特性的稱重傳感器對溫度的疾速改動進行呼應，輸出的波形將失真，由于其間包含了動態(tài)差錯。發(fā)生動態(tài)差錯的要素有呼應工夫、振幅失真和相位失真。
5、插入差錯是當體系中刺進一個傳感器時，由于改動了測量參數(shù)而發(fā)生的差錯，普通是在進行電子丈量時會呈現(xiàn)這樣的問題，但是在其他方法的測量中也會呈現(xiàn)類似問題，例如一個伏特計在回路中測量電壓，它肯定會有一個固有阻抗，比回路阻抗要大許多，或許呈現(xiàn)回路負荷，這時，讀數(shù)就會有很大的差錯，這種類型的差錯發(fā)生的緣由是運用了一個對體系(如，壓力體系)而言過于大的變送器;或許是體系的動態(tài)特性過于緩慢，或許是體系中自加熱加載了過多的熱能。
6、環(huán)境差錯來源于傳感器運用的環(huán)境，稱重傳感器要素包羅溫度，或是搖擺、轟動、海拔、化學物質蒸發(fā)或其他要素，這些常常影響傳感器的特性，所以在實踐運用中，這些要素總是被分類會集在一起的。
