輪輻式稱重傳感器的應用

宋瑾瑾 高敏 孫樹志 劉明 蔣相廣

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714154

摘要：本文介紹了輪輻式稱重傳感器的結構特點、工作原理、輔助電源、接線方式，并分析了在實際應用中應該注意的問題，對推進輪輻式稱重傳感器在工業過程控制領域的應用具有重要的意義。

關鍵詞：結構特點；輔助電源；接線方式

稱重傳感器是一種將重量信號或拉、壓力信號轉換為可測量的電信號，并將電信號輸出的裝置。隨著傳感器技術、信息技術的不斷發展，稱重傳感器也取得了飛速發展。我們只有了解了稱重傳感器的結構特點、工作原理和實際應用中應注意的問題，才能夠讓稱重傳感器更好的應用于工業過程控制領域，促進工業發展。

1 稱重傳感器分類

稱重傳感器按轉換方法可分為電容式、液壓式、電阻應變式等多種類型，電阻應變式因為精度高、測量范圍廣、頻響特性好等優點，成為了使用最為廣泛的稱重傳感器[1]。電阻應變式稱重傳感器按結構形式可分為：輪輻式、柱式、橋式、梁式和環式等。其中輪輻式稱重傳感器（以下簡稱為輪輻式傳感器）由于具有抗側向力和偏載能力強、重心低、便于安裝、結構簡單、堅固、線性和重復性好、過載能力強等特點[2]，被廣泛應用于各種工業過程控制領域。

2 輪輻式傳感器的結構和工作原理

輪輻式傳感器主要由輪箍、輪轂和輪輻組成，結構如圖1所示。其中輪轂受載并傳遞載荷，輪箍環向承載，輪輻連接輪箍和輪轂，每根輪輻兩側中心的位置粘有電阻應變計，且輪輻通常以成對方式對稱分布[2]。

1：輪箍；2輪輻；3：輪轂；4：電纜接口；5：電阻應變計；p：壓力

通常輪輻式傳感器配合稱重顯示儀表（以下簡稱儀表）一起使用，可直接顯示物體的重量，其工作原理為：將待稱重物體放置在輪輻式傳感器上，輪輻上的電阻應變片產生變形，稱重傳感器按一定的函數關系將重量轉換為相應的mV級電信號，該信號經前置放大、濾波、A/D轉換等處理后直接在顯示屏上顯示物體重量[3]。

3 輪輻式傳感器的輔助電源

由前述工作原理可知，輪輻式傳感器需要將重量信號轉換為電信號并輸出，而輸出電信號時需外接電源來提供能量。配合儀表使用時，輸出電信號所需能量由儀表提供。因儀表大多使用220V交流電源，并且電壓允許變化范圍較廣，故配合儀表使用時可直接使用220V電源。

輪輻式傳感器有時還配合變送器使用，此時，輸出傳感器電信號所需能量由變送器提供。由于變送器的電源一般為5V、12V、24V等，所以當配合變送器使用時，不能直接接220V或380V電源，需利用開關電源將高電壓轉換為穩定的低電壓才能正常工作。

4 輪輻式傳感器接線方法

輪輻式傳感器通常有2種接線方法：四線制和六線制，由于四線制接法對儀表無特殊要求、使用方便，所以當電纜線較短時，四線制使用率較高。

當輪輻式傳感器配合變送器使用時，需利用開關電源進行降壓，此時從變送器電纜接頭引出4根線，顏色分別為紅、黑、白、綠。其中紅、黑線為電源線，與開關電源的紅、黑線相連；白、綠線是信號線，與上位機連接，用來采集輸出信號，通過上位機來監測處理輸出信號。

5 輪輻式傳感器應用中的問題

5.1 輪輻式傳感器的量程

通常傳感器量程越接近傳感器承受到的載荷，其稱量準確度就越高。因為若待稱重物體質量較輕（例如10T），但選用了較大量程的傳感器（比如為50T），則得到的數值誤差會很大。在實際應用中，還需考慮到偏載、振動沖擊等對傳感器的影響，所以傳感器的量程若選的過小，將會損壞傳感器。因此選用傳感器時要考慮多種影響因素，才能保證傳感器正常工作并延長其使用壽命[3]。另外，當輪輻式傳感器配合儀表使用時，由于儀表是通用設備（有多個量程），使用不同承載量的稱重傳感器時其儀表也要選取合適量程。若選取不合適，工作人員可能會對采集的數據做出誤判和誤操作，嚴重時還會損壞稱重傳感器。

5.2 輪輻式傳感器的工作環境

隨著輪輻式傳感器技術的不斷成熟，其對工作環境的要求也更加寬松。但在實際應用過程中，我們仍需考慮工作環境對傳感器的影響，如粉塵、潮濕環境會使傳感器短路；腐蝕性較高的環境會造成傳感器彈性體受損或產生短路等[4]。所以在保證傳感器精度的前提下，我們要人為的避免惡劣工作環境對傳感器造成的不利影響。比如在粉塵、潮濕的環境下，可用焊接或其他方法將其完全封閉，并把上部做成圓弧狀，使其受力均勻。另外，當尺寸允許時，也可考慮在傳感器外部加一層保護罩，降低外界環境對傳感器的不利影響。

6 結語

本文介紹了輪輻式傳感器的結構、工作原理以及在實際應用中應注意的問題，能促進大家對輪輻式傳感器的了解和研發，對保障輪輻式傳感器的安全應用、延長壽命具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]楊青鋒.幾種常見稱重傳感器技術特性及應用的介紹與分析[J].產品介紹，2015：4145.

[2]劉九卿.輪輻式稱重傳感器的新發展[J].科技廣場，2006，3441.

[3]楊青鋒，董海濤.探究我國稱重傳感器的現場使用和調試[J].綜述論壇，2005，34（2）：47.

[4]顧長榮.稱重傳感器的現場使用和調試[J].黑龍江科技信息，2008.

作者簡介：宋瑾瑾（1991），女，山東泰安人，在讀研究生，主要研究方向為機電液一體化。