稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力－－電轉(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個(gè)關(guān)鍵部件。

能夠?qū)崿F(xiàn)力－－電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。

電阻應(yīng)變式稱重傳感器主要是由彈性體、電阻應(yīng)變片和補(bǔ)償電路組成。彈性體是稱重傳感器的受力元件，由優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)鋁型材制成。電阻應(yīng)變片是由金屬箔材腐蝕成柵格形制成，四個(gè)電阻應(yīng)變片以電橋的結(jié)構(gòu)方式粘在彈性體上。在沒(méi)有受力的情況下，電橋的四只電阻的阻值是相等的，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。在彈性體受力發(fā)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片也跟著一道變形。在彈性體受力彎曲的過(guò)程中，有兩個(gè)應(yīng)變片受拉，金屬絲變長(zhǎng)，電阻值增加；另兩片受壓，電阻值減小。這樣就導(dǎo)致原來(lái)平衡的電橋失衡，在電橋的兩端產(chǎn)生了電壓差，這個(gè)電壓差與彈性體受力的大小成正比，檢測(cè)這個(gè)電壓差，就可以得到傳感器所受重力的大小，這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)儀表檢測(cè)后然計(jì)算后，就可以得到相應(yīng)的重量值。

為了適用各種衡器結(jié)構(gòu)的安裝需要，稱重傳感器做成了各種各樣的結(jié)構(gòu)形式，傳感器的名稱往往也按照其外形稱呼。如橋式傳感器（主要用于汽車衡）、懸臂梁式（地上衡、料斗秤、汽車衡）、柱式（汽車衡、料斗秤）、箱式（臺(tái)秤）、S型（料斗秤）等。一種衡器承載體往往有多種結(jié)構(gòu)形式的傳感器可供選擇，如果傳感器選擇得當(dāng)，對(duì)于衡器性能的提高是很有幫助的。

電阻應(yīng)變式稱重傳感器的規(guī)格很多，小到幾百克大到幾百噸。在選擇稱重傳感器量程的時(shí)候，要根據(jù)所用衡器的最大秤量來(lái)確定，其經(jīng)驗(yàn)公式為：

傳感器總載荷（單個(gè)傳感器的最大允許載荷X傳感器個(gè)數(shù)）=1/2~2/3衡器的最大秤量。

稱重傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)分為A，B，C，D四個(gè)級(jí)別。不同級(jí)別有不同的誤差范圍。A級(jí)傳感器的要求最高。等級(jí)后面的數(shù)字表示檢定分度值，數(shù)字越大，傳感器質(zhì)量越好。例如：C2表示C級(jí)，2000個(gè)檢定分度值；C5表示C級(jí)，5000個(gè)檢定分度值。顯然C5要高于C2。傳感器常用的級(jí)別為C3，C5級(jí)，這兩種級(jí)別的傳感器可用于制作準(zhǔn)確度等級(jí)為III級(jí)的電子衡器。

稱重傳感器的誤差主要是由非線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差等引起的。

近年出現(xiàn)的數(shù)字傳感器，把A/D轉(zhuǎn)換電路和CPU電路放到了傳感器里面，傳感器輸出的就不再是模擬電壓信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)處理的重量數(shù)字信號(hào)，這樣做帶來(lái)了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1．儀表可以分別采集每個(gè)數(shù)字傳感器的信號(hào)，并通過(guò)線性方程式運(yùn)算，對(duì)每一個(gè)傳感器進(jìn)行單獨(dú)標(biāo)定，這就使得一次性完成四角誤差修正成為可能。而使用模擬式傳感器的衡器中最頭疼的問(wèn)題就是四角誤差修正，往往要反復(fù)多次地調(diào)校才能達(dá)到要求，而每一次調(diào)校都是要將沉重的砝碼搬來(lái)搬去，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

2．由于儀表可以檢測(cè)到每一個(gè)傳感器的信號(hào)，所以任何一個(gè)傳感器出現(xiàn)問(wèn)題都可以從儀表上觀察到，方便檢修和維護(hù)工作。

3．?dāng)?shù)字傳感器用485接口傳送數(shù)字信號(hào)，傳輸距離遠(yuǎn)，且可以免受干擾?？朔四M信號(hào)遠(yuǎn)傳困難和易受到干擾的問(wèn)題。

4．?dāng)?shù)字傳感器內(nèi)部可以通過(guò)微處理器對(duì)傳感器的各項(xiàng)誤差進(jìn)行修正，使得輸出的傳感器數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

稱重傳感器被喻為電子衡器的神經(jīng)系統(tǒng)，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問(wèn)題。

稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)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。

環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個(gè)方面：

（1）高溫環(huán)境對(duì)傳感器造成涂覆材料熔化、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。對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。

（2）粉塵、潮濕對(duì)傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)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(jiàn)的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。

從密封效果來(lái)看，焊接密封為最佳，充填涂覆密封膠為量差。對(duì)于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器，可選擇涂膠密封的傳感器，而對(duì)于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器，應(yīng)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(huán)境下，如潮濕、酸性對(duì)傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響，應(yīng)選擇外表面進(jìn)行過(guò)噴塑或不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。

（4）電磁場(chǎng)對(duì)傳感器輸出紊亂信號(hào)的影響。在此情況下，應(yīng)對(duì)傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查，看其是否具有良好的抗電磁能力。

（5）易燃、易爆不僅對(duì)傳感器造成徹底性的損害，而且還給其它設(shè)備和人身安全造成很大的威脅。因此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下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(qiáng)度，以及電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。

其次對(duì)傳感器數(shù)量和量程的選擇。

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)使秤體幾何重心和實(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，但是對(duì)于一些特殊的秤體如電子吊鉤秤就只能采用一個(gè)傳感器，一些機(jī)電結(jié)合秤就應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定選用傳感器的個(gè)數(shù)。

傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，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。但在實(shí)際使用時(shí)，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，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。

公式如下：

C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N

C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K-0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間人；K-1—沖擊系數(shù)；K-2—秤體的重心偏移系數(shù)；K-3—風(fēng)壓系數(shù)。

例如：一臺(tái)30t電子汽車衡，最大稱量是30t，秤體自重為1.9t，采用四只傳感器，根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況，選取保險(xiǎn)系數(shù)K-0＝1.25，沖擊系數(shù)K-1＝1.18，重心偏移系數(shù)K-2—＝1.03，風(fēng)壓系數(shù)K-3＝1.02，試確定傳感器的噸位。

解：根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式：

C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N

可知：C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）／4＝12.36t

因此，可選用量程為15t的傳感器（傳感器的噸位一般只有10T、15T、20t、25t、30t、40t、50t等，除非特殊訂做）。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使稱重傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過(guò)程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大，以保證稱重傳感器的使用安全和壽命。

再次，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，要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、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、天車秤等；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。

最后，還要對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行選擇。

傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)包括傳感器的非線形、蠕變、蠕變恢復(fù)、滯后、重復(fù)性、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用傳感器的時(shí)候，不要單純追求高等級(jí)的傳感器，而既要考慮滿足電子秤的準(zhǔn)確度要求，又要考慮其成本。

對(duì)傳感器等級(jí)的選擇必須滿足下列兩個(gè)條件：

1.滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對(duì)稱重傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A／D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，稱重傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入情號(hào)大小，即將稱重傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計(jì)算結(jié)須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。

稱重傳感器和儀表的匹配公式：

稱重傳感器輸出靈敏度*激勵(lì)電源電壓*秤的最大稱量

秤的分度數(shù)*傳感器的個(gè)數(shù)*傳感器量程

例如：一稱量為25kg的定量包裝秤，最大分度數(shù)為1000個(gè)分度；秤體采用3只L—BE—25型傳感器，量程為25kg，靈敏度為2.0±0.008mV／V，拱橋電壓力12V；秤采用AD4325儀表。問(wèn)采用的傳感器能否與儀表匹配。

解：經(jīng)查閱，AD4325儀表的輸入靈敏度為0.6μV／d，因此根據(jù)稱重傳感器和儀表的匹配公式可得儀表的實(shí)際輸入信號(hào)為：2×12×25／1000×3×25＝8μV／d＞0.6μv／d

所以，采用的稱重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.滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)稱重傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使稱重傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。

試驗(yàn)機(jī)選型指南

有很多試驗(yàn)機(jī)采購(gòu)人員在試驗(yàn)機(jī)的選型在技術(shù)上存在的誤區(qū)，現(xiàn)對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行整理，希望能給用戶的選型帶來(lái)幫助！

第一是量程選擇：

根據(jù)試驗(yàn)材料的最大載荷選擇所需要的試驗(yàn)機(jī)最大載荷（即量程），推薦材料試驗(yàn)載荷在試驗(yàn)機(jī)量程的70％——90％左右為佳，這樣既保證了試驗(yàn)的分辨率也可以延長(zhǎng)試驗(yàn)機(jī)的使用壽命；

第二是精度等級(jí)選擇

目前國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)的精度普遍使用1級(jí)和0.5級(jí)兩種，對(duì)于一般的材料試驗(yàn)選擇1級(jí)的試驗(yàn)機(jī)完全足夠，沒(méi)有必要多花錢提高精度，對(duì)于科學(xué)研究和材料分析就需要0.5級(jí)精度的試驗(yàn)機(jī)；其實(shí)對(duì)于0.5級(jí)和1級(jí)精度的試驗(yàn)機(jī)在技術(shù)上差別并不明顯，校驗(yàn)的方法和手段基本是一樣的，這是修正點(diǎn)的不一樣上，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，傳感器元件的線性度已經(jīng)達(dá)到一個(gè)很高的水準(zhǔn)，只要測(cè)量電路沒(méi)有缺陷，抗干擾性能好的話，所有的試驗(yàn)機(jī)都會(huì)達(dá)到0.5級(jí)的精度是沒(méi)有問(wèn)題的，對(duì)于電測(cè)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了0.5級(jí)的限定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義的相對(duì)誤差有待商榷。

第三是分辨率和動(dòng)態(tài)性能（帶寬）選擇

分辨率是試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，合適的分辨率將有利于測(cè)量的解析度，測(cè)量出較小的分度，有效分辨率和動(dòng)態(tài)性能是一對(duì)矛盾，一味的提高有效分辨率是以犧牲動(dòng)態(tài)性能（帶寬）為代價(jià)的，帶寬的降低直接導(dǎo)致的結(jié)果是材料屈服波動(dòng)不明顯甚至出現(xiàn)屈服就是一個(gè)平臺(tái)的現(xiàn)象，所以在選型是也要對(duì)這對(duì)參數(shù)進(jìn)行有效的考慮；

第四是同步性能選擇

材料試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)是在同一時(shí)刻的材料的載荷和變形，如果二者不同步就會(huì)出現(xiàn)載荷朝前于變形或者變形朝前于載荷的顯現(xiàn)，對(duì)于在進(jìn)回程測(cè)量彈性材料時(shí)出現(xiàn)同一個(gè)載荷對(duì)應(yīng)兩個(gè)變形的問(wèn)題，進(jìn)回程曲線不重合的現(xiàn)象。