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地磅称重传感器技术参数解读

时间:2018-03-19 09:23   点击数:

本文着重讲解如何根据相对DRZV.Y两个参数来设计称重器, 并列举了两个实例,单只传感器和四只传感器的应用。并论证了用C3级传感器可以设计 n=4000分度的衡器。DRZ和或Y这两个参数是设计地磅的主要依据。

称重传感器的品质决定了地磅的精度和可靠 性。所以说称重传感器是称重系统的心脏。地磅特别是贸易用的衡器都是属于国家强制检定的 计量器具,所以无论是使用何种原理的称重传感 器所制造的衡器,都必须满足国家标准或国际标 准。但至今除应变式称重传感器有依照非自动衡 器规则来制定的标准和检定规程,还没有其它类 型的称重传感器有与之相类似的标准和检定规程。 幸运的是,现在使用的衡器百分之九十左右都是 使用应变式传感器庆平除外。这对大家使用应 变传感器来设计和制造衡器带来了很大的方便。 本文主要讨论应变式传感器技术参数的有关问题。

为了便于了解应变式传感器与电子衡器间的 关系,即R60R76间的关系,先简单先容一下 有关历史。

1938SimmonsRuge发明了应变计用来 测量应变,主要用于军工和工程方面。到1966 PTB发表了将应变传感器用于机电结合称重装置 的文章此时传感器的精度已达到0.1%,并通过 了产品认证。1976PTB发表了应变式传感器首 次试验检定的文章,该检定是根据称重机IR3 OIML规则和71/316/EEC欧洲指令。然而此时是根 据应变式力传感器的技术指标来试验。它与衡器 的计量要求和技术指标之间存在差异和不同要求。 特别是之后电子衡器的迅速发展、应变式力传感 器单项的技术指标与非自动衡器用分段阶梯的最 大允许误差限间存在根本性的差异。迫切需要制 定能与非自动衡器计量要求和技术要求相适应的 称重传感器的标准和计量检定规程。从上世纪八 十年代初,OIML组织就着手编制适于非自动衡器 的称重传感器国际建议和适用电子衡器的非自动 衡器国际建议R60R76号国际建议1992 年版的R76号建议(包括1994的修订本的基本 规则是最接近非自动衡器计量称重要求的版本。 R601991年、1993年发布了包括有计算程序和 试验报告的建议。该建议是根据R76号建议的计 量要求和技术要求专门制定的适用于衡器要求的 传感器的国际建议。并在1995年巴黎召开的 eighing Towards the Year 2000?的会上进行了首 次修改,并由PTBB.MEIBNER以题为'"Reflections on NAMIs Module ?Load Cell 的文章 R60的内容做了讲释,这篇文章对大家了解 R60以及与R76间的关系很有帮助。之后的修定 版本,在基本原则上没有改变。

R60的计量要求是根据R76制定与R76 —样 也是分为四个精度级别,ABCD与非自动 衡器的四个级别III、III或IV相对应。对传感 器最大允许误差的分量系数PiC=0.7他可选定在 0.3?0.8范围内三级和四级秤和与之对应的C 级和D级传感器的误差限如表1所示。

001.jpg

非自动秤的梯形误差包络限是由下述试验确定:

非线性+滞后+静态温度试验 注意此误差不包括蠕变和零点温度的影响。 传感器的误差限基本上也是根据衡器的试验程序 确定。从原则上讲,根据这样对应关系,用C3 传感器来设计三级秤可供贸易用秤是完全能 满足要求。给设计者带来很大方便。

由于技术进步以及微处理机在称重系统中的 运用,对传感器和衡器带来了以下四个方面的新 发展:

?平台秤用的单点称重传感器 ?数字传感器 ?多分度称重装置 ?多范围量程称重装置。

所以在新的R60 (2000年版中增加了对数 字传感器的试验和两项非强制性的参数:相对DR Z和相对VmnY这两个参数虽然是非强制 性,但对大家设计衡器却非常重要。

因此,要求传感器需给出以下参数的补充认 证检定证书:

?传感器的最大秤量.Ema (kg ?最大检定分度数.niΚax

?最小检定分度值:Vmi?(kg 根据OIML R60得到的Cmdkh值是以V为单 位,需根据下式计算得出DR值。

DR= (Cmsjcrx Em) /nMox ?灵敏度 mv/v ?输入电阻Q ?供电电压V ?防护等级 ?电线长度

这些参数是设计衡器的基本参数,首先根据 衡器量程选择传感器的最大秤量。

传感器的检定分度数:ni?=E_/V 衡器的检定分度数:n=Mx/e 传感器额定量程:丑腿、Em,?

衡器的秤量范围:Mx, Min=20e 传感器检定分度值:VV?

衡器检定分度值:ee?

通常使用的衡器要求满足贸易n要求,即三 级秤的要求。为此应选用C3级传感器。对于C3 级传感器,当分度n=3000时,最大允许误差为衡 器最大允许误差的Plc倍,其中mpe为衡器的最大 允许误差,Plc为分量系数,通常p?0.7

必须记住对于C3级传感器的3000分度,并 不是它的最大不能超过的误差限的分度数。它的 最大分度数如咖^ 3000,DRZ值确定 Z=E_/ (2DR  Z Mxifa/e C3 级传感器。nMra 值一般为300010000。由它决定了传感器的测 量结果不超过最大允许误差m^的测量范围,可 分成的最大分度数nM??同时也确定了用它制造的 衡器的最小分度值e??

传感器的最小检定分度V?Y也是设计衡 器的重要参数。V?为温度每变化5传感器零点 的漂移值,HJNmn它决定了在传感器不超过 最大允许误差使用范围内的最大分度数。通常Y 值比Z值大两至三倍。应注意Ync无关,下面 是根据OIML R60文本中所举例来了解YZ 具体数值。

Class C3nLc=3000Y=12000Z=4000 E_=100Kg300Kg500Kg5000Kg10t 30t  50t

Class C6  nL=6000Y=18000Z=6000 Emat=50Kg100Kg300Kg  500Kg 下面大家用实例来说明如何根据这些参数来 设计衡器。

根据欧洲EN455024, 2, 1,传感器的E- 和衡器的Max^,之间应满足下要求:

E(MaxMjj+DL+IZSR+NUD+T) /N 式中:N传感器的数目;

DL 死载荷;

IZSR?初始的零点的设置范围:

NUD 载荷非均匀分布,即角偏误差;

T?附加皮重。

并推荐对传感器容量的快速估计法。

Mxm?N. E=0.25 0.5

相对VmnY和相对DRZ是设计衡器非常 重要的两个参数。特别是设计多量程和多分度衡 器的根据。由此二参数决定所选的传感器是否满 足多量程衡器和多分度衡器的要求。

?多量程衡器MR

双量程 三量程:

DR=0.5e,  0 (DRS e)

V,^?1.0ell  开始至 0

Y=E?/V腿或

^min?emiJ ^

ZS 0.4MaxMat/emin ( DR 未知时 双量程衡器:高Y 三量程衡器:高Y值和高Z ?多分度衡器MI 双分度三分度:

DR=0.5e1  Maxi  0 ZEmJ (2DR ZS MaxM?eè

双分度衡器:高Y值和高Z 三分度衡器:高Y值和特高Z 再重复一下,YZ值与niC和阶梯误差限无 关。下面举实例在设计多量程和多分度衡器时 如何确定ZY值。

?100Kg单点式传感器设计一台三量程秤。


要求:60Kg/20g; 30Kg/10g  15Kg/5g,静载 何为15Kg;初始零点范围10Kg


每一量程分度精度均为n=3000,即: n=Max/e=60Kg/20Kg=3000 Y=EmII/Vmin=100Kg/0.005Kg=20000  Z=0.4 ?MaxMa*/em,n=0.4 ?60Kg/0.005Kg=4800 可选Y=25000, Z=6000的传感器。在供电电 压为5V,传感器的灵敏度为2mv/V时,e??的输出 电压为:

emin=2mv/V* 5V* 0.005Kg/100K^0.0005mv=0.5^ V 据此可选适用于显示器,现在一般显示器均 可达 0.4^ V/VSL

?用四只3000Kg传感器设计最大秤量 Max=3000Kg的双分度地秤。在国外认为地秤的载 荷非均匀分布值NUI)很高。在本例中 NUD=1500Kg以保护传感器在称重过程中不被破 坏。

要求:3000Kg/1Kg  500Kg/0.5Kg,静载荷 1500Kg;初始零点范围 500Kg  NUD=1500Kg 每一量程分度精度均为n=3000,即: n=3000Kg/1Kg=3000

YS Em* VN/em?3000Kg.2/0.5Kg=12000 ZS MaxMax/emin=3000Kg/0.5K^6000 可选用Y=23000Z=6000的传感器。用上例 方法确定e?的输出电压,选择显示器。

中国也有多量程式多分度的衡器,若不能根 据传感器的ZY来选择合适的相应的传感器 是不能制造出合格的多量程和多分度衡器。国外 大称量秤为多量程衡器,小称量特别是商用秤 多为多分度衡器。

中国制造称重传感器的厂家不太了解衡器 的设计和制造、使用。对于ZY两个参数,对 衡器的设计和制造的重要性不是很重视。衡器制 造厂家也几乎认为只要传感器达C3级就可以用 来设计出优良的III级秤实际上同为C3级的传感 器,ZY可有很大的差异,不少C3级传感器是 达不到设计多量程和多分度秤的要求。

国内不少生产汽车衡的厂家根据用户的要 求、生产出4000分度的汽车衡。下面通过分析看 看是否有理论依据。

用四只C3100t传感器设计一台200tn=4000分度的汽车衡

传感器 E_=100t, nic=3000, Z=3000 求传感器静载荷输出恢复DR和分度值e 2-DR=4 -100t/3000=2-33.3Kg=66.6Kg e=100t/3000=33.3Kg 最大允许误差

mpe=4 -e=2x 33.3Kg-PiC Plc=0.7 所以传感器的最大允许误差mpe=46.6Kg 根据OIMLR60,上面求的静载荷输出恢复DR 为在加载接近E时的恢复值。而衡器的零点恢复 值是在最大秤量值D (Max测得。通常用MDLOR 示传感器在载荷E下测得的静载荷输出恢复值 它与衡器载荷为D (Max测得的传感器DR值之间 存在以下关系。

DR=MDLOR * D (Max /E 在此时DR=33.3Kgx 200t/400t (在均匀加载结 )=16.7Kg

200t衡器,当分度数为n=4000时,分度值e

为:

e=4000 =50Kg, mpe=e=50Kg

根据OIML R76,非自动衡器回零的偏差不得 超过± 0.5e,在此时为± 25Kg 将计算结果做比较。

002.jpg

如表2所示。对D3级传感器,Y2 10000是最起码的要求。 再估计显示器的要求通常显示器桥压为5V, 小一位示值0.4pV/e针对现选定的传感器灵敏 度为 20mv/V, E_=100t

^ V/e=20mv/Vx 5V 50Kg/(100tx 4) =500mv/400t=1.25p V/e>0.4^V/e 从上述理论分析,可得出结论:用C3级传感 器,可以制作n=4000分度的III级秤。但是对大吨 位的传感器的DR值,一般传感器生产厂没有条件 测量。给设计者带来不确定性。值得注意的是地磅之类的户外用衡器由于风力等环境条 件的影响,即使是n=3000分度的衡器,要确保测 量精度也有一定问题所以n=4000分度在户外使 用的衡器欲保证测量精度就更有困难。

中国制定传感器检定规程和标准的专家对衡 器不甚了解,反之对制定衡器检定规程和标准的 专家对传感器也同样不甚了解,特别表现在制定 衡器的标准时,对应使用传感器的具体的计量要 求和技术要求没有明确的规定。这表现了中国的 衡器工编辑在衡器基础常识和理论方面的缺失, 这是中国欲成为衡器强国需要努力的重要方面。

至今,还没有任何一种测力传感器能动摇应 变传感器在称重领域的地位。然而应变传感器应 如何发展始终是研究的问题。也曾有不少厂家试 图将应变片直接溅射到弹性体上。但至今未 见到正式批量的产品。大家也曾在这方面做过研 究,发现不仅弹性体要专门设计而且溅射后的 应变计与原来的箔材的物理特性也有改变。原 来的箔材是合金体,而现在由于是溅射变成“分 层的。总的来说,近几十年来,应变传感器本 质上没有太大改变。其改进主要表现在工艺方面 和设计了能适用各种测量需要的弹性体。制定了 与衡器计量要求、技术要求的标准和试验方法。 以便于简化对衡器的设计。值得一提的是组件式 传感器的出现可简化和便于衡器的设计和安装、 调试。这也是传感器的个明显进步,但传感器 的进步始终是衡器发展的前提,因此说“称重传 感器是称重系统的心脏


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