如何選用稱重傳感器

稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準確度和穩定性。在設計電子衡器時，經常要遇到如何選用傳感器的問題。稱重傳感器實際上是一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置。選用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環境，這點對正確選用傳感器至關重要，它關系到傳感器能否正常工作以及它的安全性和使用壽命，乃至整個電子衡器的長期可靠性。下面談幾個選用時須注意的方面：

一、環境對稱重傳感器造成的影響主要有以下幾點：

1、高溫環境對傳感器造成密封材料及焊點熔化、彈性體和應變計內應力發生結構變化等問題。對于高溫環境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，苛刻的場合還須加有隔熱、水冷或風冷等裝置。

2、粉塵、濕熱對傳感器造成較大的影響。在此環境條件下應選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感器其密封的方式是不同的，其密閉性存在著很大差異。常見的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機械緊固密封；焊接（激光焊接、氬弧焊、等離子焊等）和抽真空充氮密封。

從密封效果來看，焊接密封為*，充填密封膠為較差。對于室內干凈、干燥環境下工作的傳感器，可選擇充填密封膠密封的傳感器，而對于一些在潮濕、粉塵性較高的環境下工作的傳感器，應選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。

3、在腐蝕性較高的環境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體和附件受損、腐蝕等影響，應選擇外表面進行過噴塑或不銹鋼彈性體及不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。

4、電磁場對傳感器輸出信號干擾的影響。在此情況下，應對傳感器的屏蔽性進行嚴格檢查，看其是否具有良好的抗電磁*力。

5、易燃、易爆不僅對傳感器造成*性的損害，而且還給其它設備和人身安全造成很大的威脅。因此，在易燃、易爆環境下工作的傳感器對防爆性能提出了更高的要求，故必須選用防爆傳感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性，還要考慮到防爆強度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。

二、注重對稱重傳感器數量和量程的選擇。

傳感器數量的選擇是根據電子衡器的用途、秤體需要支撐的點數（支撐點數應根據使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。一般來說，秤體有幾個支撐點就選用幾只傳感器，但是對于一些特殊的秤體，如電子吊鉤秤就只能采用一個傳感器，一些機電結合秤就應根據實際情況來確定選用傳感器的個數。

傳感器量程的選擇可依據秤的zui大稱量值、選用傳感器的個數、秤體的自重、可能產生的zui大偏載及動載等因素綜合評價來確定。理論上說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

※稱重傳感器量程的計算經驗公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經過大量的驗證而確定的。公式如下：

C＝K0K1K2K3(Wmax+W)/N

C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的zui大值；N—秤體所采用支撐點的數量；K0—保險系數，一般取值在1.2～1.3之間；K1—沖擊系數；K1值是根據以下使用條件確定的：a)當N個傳感器均勻受載，且在無振動、無沖擊條件下工作時，K1=1.1-1.3；b)當偶爾有沖擊振動的情況時，K1=1.3-1.5；

c)當在有重復性的沖擊振動條件下進行動態稱重時，K1=1.7；當N個傳感器不均勻受載時，則根據偏載可能形成的zui大載荷乘以上述系數即可；K2—秤體的重心偏移系數；K3—風壓系數。

例如：一臺30t電子汽車衡，zui大稱量Wmax是30t，秤體自重W為1.9t，設計采用四只QS-A型傳感器，根據當時的實際情況，選取保險系數K0＝1.25，沖擊系數K1＝1.2，重心偏移系數K2＝1.03，風壓系數K3＝1.02，試確定傳感器的量程。

解：根據傳感器量程計算公式：C＝K0K1K2K3（Wmax＋W）/N

可知：C＝1.25×1.2×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.57t

因此，可選用量程為15t的傳感器（QS-A型傳感器的量程一般只有10t、15t、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊訂做）。

根據經驗，一般應使傳感器工作在其30%～70%量程內，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態軌道衡、動態汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～40%之內，使傳感器的稱量儲備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命，避免超載。

三、稱重傳感器要考慮各種類型傳感器的適用范圍。

傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮傳感器生產廠家的建議。傳感器生產廠家一般會根據傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構型式、彈性體的材質等特點說明傳感器的適用范圍，譬如鋁制單點式懸臂梁傳感器適用于計價秤、平臺秤、案秤等；鋼制懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼制橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態軌道衡、固定式動態軸重秤、大噸位料斗秤等。故衡器廠家應盡量采納傳感器生產廠家的推薦建議。

四、還要對稱重傳感器準確度等級進行選擇。

傳感器的準確度等級包括傳感器的非線性、溫度影響、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。在選用傳感器的時候，不要單純追求高等級的傳感器，而是既要考慮滿足電子秤的準確度要求，又要考慮其成本。

對稱重傳感器等級的選擇必須滿足下列兩個條件：

1、要滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對傳感器的輸出信號經過放大、A／D轉換等處理之后顯示稱量結果的。因此，傳感器的輸出信號必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計算結果須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。

※傳感器和儀表的匹配公式：

傳感器輸出靈敏度×激勵電源電壓×秤的zui大稱量÷（秤的分度數×傳感器的個數×傳感器量程）≥儀表的輸入靈敏度

例如：一臺稱量為25kg的定量包裝秤，zui大分度數為2000個分度；秤體采用3只型號為HSX-A20kg的傳感器，靈敏度為2.0±0.002mV／V，供橋電壓為12V；秤采用URL3280儀表

問采用的傳感器能否與儀表匹配。

解：經查閱，URL3280儀表的輸入靈敏度為0.6μV／d，因此根據傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的實際輸入靈敏度為：

2000μV／V×12×25／(2000×3×20)＝5μV／d＞0.6μv／d（d表示分度值）

所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。

2、要滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準確度選擇的時候，應使傳感器的準確度略高于理論計算值，因為理論往往受到客觀條件的限制，如秤體的強度差一點，儀表的性能不是很好、秤的工作環境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經濟效益，確保達到目的。傳感器選用原則

現代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、測量對象以及測量

環境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1)根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型

要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。

在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。

2)靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的廠擾信號。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應

選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3)頻率響應特性

傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。

傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械

系統的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。

在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差

4)線性范圍

傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實際上，任何傳感器都不能保證的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

5)穩定性

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定

性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的

穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。

在選擇傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。

傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。

在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

6)精度

精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統測量精度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統的

精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。

如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。

對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求