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      稱重傳感器的原理及應(yīng)用

      2009年03月09日 18:45:00人氣:3535來(lái)源:杭州燁立科技有限公司

      隨著技術(shù)的進(jìn)步,由稱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,稱重傳感器已成為過(guò)程控制中的一種必需的裝置,從以前不能稱重的大型罐、料斗等重量計(jì)測(cè)以及吊車秤、汽車秤等計(jì)測(cè)控制,到混合分配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動(dòng)檢測(cè)和粉粒體進(jìn)料量控制等,都應(yīng)用了稱重傳感器,目前,稱重傳感器幾乎運(yùn)用到了所有的稱重領(lǐng)域。 
      1.高速定量分裝系統(tǒng) 
      本系統(tǒng)由微機(jī)控制稱重傳感器的稱重和比較,并輸出控制信號(hào),執(zhí)行定值稱量,控制外部給料系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)行自動(dòng)稱量和快速分裝的任務(wù)。 
      系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)和V/F電壓頻率變換器等電子器件,其硬件電路框圖如圖1所示,用8031作為*處理器,BCD拔碼盤作為定值設(shè)定輸入器,物料裝在料斗里,其重量使傳感器彈性體發(fā)生變形,輸出與重量成正比的電信號(hào),傳感器輸出信號(hào)經(jīng)放大器放大后,輸入V/F轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成的頻率信號(hào)直接送入8031微處理器中,其數(shù)字量由微機(jī)進(jìn)行處理。微機(jī)一方面把物重的瞬時(shí)數(shù)字量送入顯示電路,顯示出瞬時(shí)物重,另一方面則進(jìn)行稱重比較,開(kāi)啟和關(guān)閉加料口、放料于箱中等一系列的稱重定值控制。 



      圖1 原理框圖 

      在整個(gè)定值分裝控制系統(tǒng)中,稱重傳感器是影響電子秤測(cè)量精度的關(guān)鍵部件,選用GYL-3應(yīng)變式稱重測(cè)力傳感器。四片電阻應(yīng)變片構(gòu)成全橋橋路,在所加橋壓U不變的情況下,傳感器輸出信號(hào)與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比,而且,供橋橋壓U的變化直接影響電子稱的測(cè)量精度,所以要求橋壓很穩(wěn)定。毫伏級(jí)的傳感器輸出經(jīng)放大后,變成了0-10V的電壓信號(hào)輸出,送入V/F變換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,其輸出端輸出的頻率信號(hào)加到單片機(jī)8031定時(shí)器1的計(jì)數(shù)、輸入端T1上。在微機(jī)內(nèi)部由定時(shí)器0作計(jì)數(shù)定時(shí),定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間由要求的A/D轉(zhuǎn)換分辯率設(shè)定。 
      定時(shí)器1的計(jì)數(shù)值反映了測(cè)量電壓大小即物料的重量。在顯示的同時(shí),計(jì)算機(jī)還根據(jù)設(shè)定值與測(cè)量值進(jìn)行定值判斷。測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較,取差值提供PID運(yùn)算,當(dāng)重量不足,則繼續(xù)送料和顯示測(cè)量值。一旦重量相等或大于給定值,控制接口輸出控制信號(hào),控制外部給料設(shè)備停止送料,顯示測(cè)量終值,然后發(fā)出回答令,表示該袋裝料結(jié)束,可進(jìn)行下袋的裝料稱重。 
      圖2所示為自動(dòng)稱重和裝料裝置。每個(gè)裝料的箱子或袋子沿傳送帶運(yùn)動(dòng),直到裝有料的電子稱下面,傳送帶停止運(yùn)動(dòng),電磁線圈2通電,電子稱料斗翻轉(zhuǎn),使料全部倒入箱子或袋子中,當(dāng)料倒完,傳送帶馬達(dá)再次通電,將裝滿料的箱子或袋子移出,并保護(hù)傳送帶繼續(xù)運(yùn)行,直到下一次空袋或空箱切斷光電傳感器的光源,與此同時(shí),電子稱料箱復(fù)位,電磁線圈1通電,漏斗給電子秤自動(dòng)加料,重量由微機(jī)控制,當(dāng)電子秤中的料與給定值相等時(shí),電磁線圈1斷電,彈簧力使漏斗門關(guān)上。裝料系統(tǒng)開(kāi)始下一個(gè)裝料的循環(huán)。當(dāng)漏斗中的料和傳送帶上的箱子足夠多時(shí),這個(gè)過(guò)程可以持續(xù)不斷地進(jìn)行下去。必要時(shí),*作人員可以隨時(shí)停止傳送帶,通過(guò)拔碼盤輸入不同的給定值,然后再啟動(dòng),即可改變箱或袋中的重量。 


      圖2 自動(dòng)稱重和裝料裝置 

      本系統(tǒng)選用不同的傳感器,改變稱重范圍,則可以用到水泥、食糖、面粉加工等行業(yè)的自動(dòng)包裝中。 
      2.傳感器在商用電子秤中的應(yīng)用 
      目前,商用電子計(jì)價(jià)秤的使用非常普及,逐漸會(huì)取代傳統(tǒng)的桿稱和機(jī)械案秤。電子計(jì)價(jià)秤在秤臺(tái)結(jié)構(gòu)上有一個(gè)顯著的特點(diǎn):一個(gè)相當(dāng)大的秤臺(tái),只在中間裝置一個(gè)專門設(shè)計(jì)的傳感器來(lái)承擔(dān)物料的全部重 



      圖3 計(jì)價(jià)秤內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 

      量,如圖3所示。常用的電子計(jì)價(jià)秤傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示,其中圖4(a)為雙連橢圓孔彈性體,秤盤用懸臂梁端部上平面的兩個(gè)螺孔緊固;圖4(b)為梅花型四連孔彈性體,秤盤用懸臂梁端部側(cè)面的三個(gè)螺孔堅(jiān)固,中間支桿上粘貼補(bǔ)償用的應(yīng)變片。這兩種形式的傳感器,在計(jì)價(jià)秤中用得zui多。圖4(c)為三梁式彎曲彈性體,采樣彎曲應(yīng)力,對(duì)重量反應(yīng)敏感,宜用來(lái)制作小稱量計(jì)價(jià)秤。圖4(d)為三梁式剪切彈性體,采樣中間敏感梁的剪切應(yīng)力,宜用來(lái)制作幾百公斤稱量范圍計(jì)價(jià)秤。 



      圖4 計(jì)價(jià)秤用彈性體結(jié)構(gòu) 

      用這些復(fù)梁型高精度傳感器來(lái)支承一個(gè)大的稱重平臺(tái),被稱重物又可能放置在任何稱臺(tái)的任意位置上,必然會(huì)產(chǎn)生四角示值誤差,對(duì)圖4(a),(b)兩種結(jié)構(gòu)形式的傳感器,可通過(guò)銼磨的形式進(jìn)行角差修正。對(duì)圖4(c),(d),它有上下兩根局部削弱的柔性輔助梁,使傳感器對(duì)側(cè)向力、橫向力和扭轉(zhuǎn)力矩具有很強(qiáng)的抵抗能力,可以通過(guò)銼磨輔助梁的柔性部位來(lái)調(diào)整傳感器的靈敏系數(shù)和四角誤差。圖5為一種商用電子計(jì)價(jià)秤的電路框圖。傳感器采用的是圖4(b)所示的梅花型四連孔結(jié)構(gòu),該秤具有置零、自動(dòng)清除單價(jià)、零位自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)去皮、次數(shù)累計(jì)和金額累計(jì)、打印輸出等功能,7段綠色熒光數(shù)碼管顯示,使用十分方便。 



      圖5 電子計(jì)價(jià)秤的電路框圖 

      圖6是采用CHBL3型號(hào)S型雙連孔彈性體稱重傳感器制作的便攜式家用電子手提秤的原理圖,由稱重傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示四部分組成。圖中,E為9V的疊層電池,R1-R4是稱重傳感器的4個(gè)電阻應(yīng)變片,R5、R6與W1組成零點(diǎn)調(diào)整電路。當(dāng)載荷為零時(shí),調(diào)節(jié)RW1使液晶顯示屏顯示為零。A1,A2為雙運(yùn)放集成電路LM358中的兩個(gè)單元電路,組成了一個(gè)對(duì)稱的同相放大器,A/D轉(zhuǎn)換器采用ICL7106雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器,液晶顯示采用3 1/2液晶顯示片。該電子秤精度高,簡(jiǎn)單實(shí)用,攜帶方便。 
      稱重傳感器是一種高精度的傳感器,必須按規(guī)定的規(guī)格使用。若不按規(guī)定的規(guī)格使用,不僅不能發(fā)揮稱重的作用,而且容易損壞,尤其是不準(zhǔn)超過(guò)負(fù)荷安全值使用。 




      圖6 手提秤的電路框圖 
      對(duì)于因溫度變化對(duì)橋接零點(diǎn)和輸出,靈敏度的影響,即使采用同一批應(yīng)變片,也會(huì)因應(yīng)變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差,所以對(duì)要求精度較高的傳感器,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償,解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當(dāng)溫度系數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償片,并從外部對(duì)它加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。 
      非線性誤差是傳感器特性中zui重要的一點(diǎn)。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多,一般來(lái)說(shuō)主要是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定,通過(guò)線性補(bǔ)償,也可得到改善。 
      滯后和蠕變是關(guān)于應(yīng)變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料,其特性隨溫度變化較大,所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。 
      在露天下使用傳感器,還應(yīng)考慮陽(yáng)光直射產(chǎn)生的溫度影響和風(fēng)壓的影響。
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