淺談稱(chēng)重傳感器工作原理及故障排除

繆少勇

（博羅縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，廣東 博羅 516100）

1 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，由稱(chēng)重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(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(chēng)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(chēng)重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置。稱(chēng)重傳感器的應(yīng)用極其廣泛，它早已成為計(jì)量衡器中不可缺少的關(guān)鍵部件，從航空、航海、電力、建筑到民用計(jì)量都離不開(kāi)它；從結(jié)構(gòu)上分有箱式、雙彎曲梁式、橋式雙剪切梁、懸臂梁式等；它形成了品種齊全、精度高、可靠性強(qiáng)等上百個(gè)規(guī)格的系列產(chǎn)品，我國(guó)從20世紀(jì)80年代廣泛開(kāi)發(fā)應(yīng)用的梁式，雙孔梁式稱(chēng)重傳感器，在市場(chǎng)上投入使用批量大，是本人從事計(jì)量檢定工作中遇到的質(zhì)量問(wèn)題最多的一項(xiàng)產(chǎn)品，因?yàn)槭袌?chǎng)需求量大，一些不法商販認(rèn)為有利可圖，將一些質(zhì)量不合格產(chǎn)品投入市場(chǎng)，賺取昧心錢(qián)，擾亂了社會(huì)經(jīng)濟(jì)秩序，給消費(fèi)者造成了經(jīng)濟(jì)損失，人們深?lèi)和唇^。為了使計(jì)量器具充分體現(xiàn)它的準(zhǔn)確性、公正性，最大化地發(fā)揮作用。下面介紹梁式，雙孔梁式的傳感器技術(shù)性能及應(yīng)用。

2 金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)用

2.1 金屬電阻應(yīng)變片的構(gòu)成

金屬電阻應(yīng)變片主要由四部分構(gòu)成：①敏感柵；②基底和蓋層；③粘結(jié)劑；④引線。

2.2 應(yīng)變效應(yīng)

金屬絲的電阻為R＝P（L/S）。

式中：R：金屬絲的電阻值（Ω）；

P：金屬絲的電阻率（Ω/m）。

當(dāng)金屬絲在軸向受到壓力作用時(shí)，長(zhǎng)度縮短了△L，截面積增加△s，那么電阻值將減小△R，金屬絲受作用力以后的相對(duì)電阻變化與相對(duì)長(zhǎng)度變化之比為金屬絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，即KO=（△R/R）/（△L/L）。

金屬絲的電阻值相對(duì)變化與軸向長(zhǎng)度的相對(duì)變化成正比，即△R/R＝K（△L/L）。

人們利用金屬絲在一定受力范圍內(nèi) KO為恒定量的特性制造應(yīng)變敏感元件，使電阻相對(duì)變化與應(yīng)變力之間呈線性關(guān)系。

2.3 金屬電阻應(yīng)變片的形狀（見(jiàn)圖1～圖3）

圖1 圓角線柵金屬絲式

圖2 箔式

圖3 薄膜式

2.4 金屬應(yīng)變片的主要技術(shù)特性

靈敏度：金屬絲受力后，電阻的相對(duì)變化與軸向長(zhǎng)度相對(duì)變化系數(shù)。

橫向效應(yīng)：應(yīng)變中的敏感柵受到縱向應(yīng)力之后，直線段的電阻將增加，圓角部分減小，其綜合效應(yīng)使應(yīng)變片靈敏度下降，此現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。

線性度：試件上的應(yīng)變敏感元件的電阻相對(duì)變化 AR/R理論上呈線性度。

機(jī)械滯后：對(duì)貼有應(yīng)變片的試件循環(huán)加載和卸載時(shí)，應(yīng)變機(jī)械滯后片的AR/R與△L之間特性曲線的不重合程度稱(chēng)機(jī)械滯后。

熱滯后：在循環(huán)改變溫度中，應(yīng)變片在同一溫度下電阻的差值稱(chēng)為應(yīng)變片的熱滯后。

零飄：在恒溫條件下，貼有應(yīng)變片試件不承受載荷，應(yīng)變片的電阻值隨時(shí)變化的情況稱(chēng)應(yīng)變片的零飄。

蠕變：在恒溫條件下，加到貼有應(yīng)變片試件上的載荷力恒定應(yīng)變片的應(yīng)變輸出隨時(shí)間變化的情況稱(chēng)為應(yīng)變片的蠕變。

應(yīng)變極限：粘貼在試件上的應(yīng)變片所能測(cè)量的最大載荷力稱(chēng)為應(yīng)變極限。

應(yīng)變片的疲勞壽命：在應(yīng)變極限之內(nèi)往復(fù)循環(huán)地施加載荷，應(yīng)變片所承受某一特定作用的循環(huán)次數(shù)為應(yīng)變片的疲勞壽命。

應(yīng)變片的允許電流：使用中不允許超過(guò)允許電流的數(shù)值并注意相關(guān)的條件。

應(yīng)變片的絕緣電阻：應(yīng)變片的引線與試件之間的電阻值稱(chēng)絕緣電阻。

3 稱(chēng)重傳感器

彈性體結(jié)構(gòu)不同共分為：柱式、梁式、環(huán)式。稱(chēng)重傳感器中的梁式又分梁式、雙孔梁式。

3.1 梁式稱(chēng)重傳感器（見(jiàn)圖4）

這種優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作比較容易，靈敏度較高，不足的是穩(wěn)定性較差，適用于一般的準(zhǔn)確度測(cè)量。

圖4 梁式稱(chēng)重傳感器

圖5 雙孔梁式稱(chēng)重傳感器

3.2 雙孔梁式稱(chēng)重傳感器（見(jiàn)圖5）

說(shuō)明：圖5中，Wg：重力；R1、R4：受到的拉力；R2、R3：受到的壓力。

這種開(kāi)孔式結(jié)構(gòu)彈性體剛性變好，應(yīng)變反應(yīng)速度快，滯后效應(yīng)小，對(duì)載荷力作用點(diǎn)要求不嚴(yán)格，廣泛用于小稱(chēng)量的電子計(jì)價(jià)稱(chēng)。

4 稱(chēng)重傳感器的故障排除實(shí)例

4.1 稱(chēng)重載荷加到載體上時(shí)，顯示屏上無(wú)重量顯示

（1）無(wú)供橋電壓加到稱(chēng)重傳感電橋的輸入端，測(cè)量電壓輸出是否正常，若電壓電路有故障，排除后再做一步檢查。

（2）現(xiàn)傳感器連接電纜插座沒(méi)有插好，接觸不良，造成稱(chēng)重信號(hào)不能輸入到放大器中。

（3）電橋焊點(diǎn)有開(kāi)焊現(xiàn)象，電橋不工作，應(yīng)排除之。

（4）傳感器中有異物，電阻應(yīng)變片不發(fā)生應(yīng)變電阻變化，無(wú)信號(hào)輸出。

4.2 未加重稱(chēng)重器載荷時(shí)，顯示值出現(xiàn)零飄、不回零、跳變

（1）粘貼電阻應(yīng)變片處開(kāi)膠。

（2）電橋某一橋臂有虛焊現(xiàn)象，或某個(gè)焊點(diǎn)有“碰地”現(xiàn)象。

（3）電橋與彈性底之間絕緣電阻值下降。

（4）應(yīng)變片產(chǎn)生的熱電勢(shì)過(guò)大。

4.3 稱(chēng)重顯示值不準(zhǔn)確

（1）彈性體被摔、碰撞、造成局部斷裂，因而讀數(shù)不準(zhǔn)。

（2）某種原因造成供僑電壓升高，電阻應(yīng)變片過(guò)熱，使應(yīng)變片粘膠損壞，阻值改變。

（3）在高溫或溫度變化大的環(huán)境中使用，應(yīng)變橋路與彈性體之間絕緣電阻下降。

（4）彈性體疲勞過(guò)度，使彈性體失去應(yīng)有的應(yīng)力變化。

4.4 載荷加到載體上時(shí)，顯示值各不相同

（1）電阻應(yīng)變片本身的特性不好。

（2）彈性體材質(zhì)或許幾何形狀不好。

（3）粘貼劑變質(zhì)，應(yīng)變片粘貼不牢。

4.5 載荷加到載體上時(shí)，顯示值隨時(shí)間變化，載荷越大變化越大

（1）粘貼膠選用不當(dāng)或老化變質(zhì)。

（2）環(huán)境潮濕、粘貼層過(guò)厚或固化不良。

在檢修稱(chēng)重傳感器時(shí)，首先進(jìn)行外觀檢查，然后逐步檢測(cè)，在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，用萬(wàn)用表的×10 Ω電阻量程檢查電阻應(yīng)變片阻值，其阻值大約在250 Ω～500 Ω之間（不同型號(hào)的電子秤其電阻值亦不同）。需要有針對(duì)性的進(jìn)行故障排除，直到恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，以稱(chēng)重傳感器為核心的電子衡器在實(shí)際的使用過(guò)程中引發(fā)故障的原因很多，有時(shí)幾個(gè)故障可能同時(shí)出現(xiàn)。檢查電子計(jì)價(jià)秤的稱(chēng)重傳感器故障時(shí)，首先要對(duì)稱(chēng)重傳感器的外觀進(jìn)行檢查，然后對(duì)其進(jìn)行逐步的測(cè)試。在了解其工作原理的基礎(chǔ)上，認(rèn)真、仔細(xì)觀察、分析、測(cè)試，故障就會(huì)很快排除。