應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器故障原因分析
來(lái)源：衡準(zhǔn)電子秤 2020-02-08 14:47:20??????點(diǎn)擊：
應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器故障原因分析
隨著技術(shù)的進(jìn)步，使用稱(chēng)重傳感器 制作的電子衡器已廣泛應(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。應(yīng)變式傳感器由于其制作工藝較為簡(jiǎn)單，加工成本較為低廉，故被大批量生產(chǎn)，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)與控制、自動(dòng)計(jì)量等領(lǐng)域已大量應(yīng)用。北京電子天平網(wǎng)http://www.balance1.cn/
應(yīng)變式傳感器基本定義：電阻應(yīng)變式傳感器是一種用金屬?gòu)椥泽w將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能元件。它通過(guò)粘貼在彈性體敏感表面的電阻應(yīng)變計(jì)及其以一定方式組成的電橋電路，在外加電源的激勵(lì)下，實(shí)現(xiàn)力—應(yīng)變—電阻—電信號(hào)變化四個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化 的一種力敏感傳感器 。由于電阻應(yīng)變式傳感器必須通過(guò)一定形態(tài)的機(jī)械構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞，通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞，從而達(dá)到力的測(cè)量，因此，電阻應(yīng)變式傳感器被人們稱(chēng)為機(jī)電一體化器件。二十世紀(jì)三十年代，人們發(fā)明了應(yīng)變計(jì)，利用應(yīng)變計(jì)對(duì)材料進(jìn)行應(yīng)力分析，來(lái)研究材料的力學(xué)特性。隨著研究的深入，人們反其道來(lái)分析，利用金屬材料的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)出了各種電阻應(yīng)變式傳感器，來(lái)進(jìn)行各種物理量的測(cè)量。二十世紀(jì)五十年代，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)變計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)一步成熟，電阻應(yīng)變式傳感器開(kāi)始得到廣泛地應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)、不同用途的電阻應(yīng)變式傳感器也相應(yīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)。
2、基本分類(lèi)
人們對(duì)電阻應(yīng)變式傳感器的命名各種各樣，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)變式傳感器可分為：平膜片式、平行梁式、柱式、橋式、懸臂梁式、雙梁式、輪幅式、壓力環(huán)式、板環(huán)式等。根據(jù)其用途可以分為：
2測(cè)力傳感器、稱(chēng)重傳感器、壓力傳感器、引伸計(jì)、位移傳感器、扭矩傳感器、速度傳感器、高度傳感器、加速度傳感器等。
3、應(yīng)用范圍
電阻應(yīng)變式傳感器的檢測(cè)對(duì)象——力，不單指垂直方向的拉力或壓力它還可以是力空間六分量中任何一個(gè)單獨(dú)的分量（力或力矩）。只要對(duì)彈性體進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，它可對(duì)融合作用于一個(gè)構(gòu)件的六分量進(jìn)行互不干擾的檢測(cè)，同時(shí)輸出六個(gè)與被測(cè)量有線(xiàn)性關(guān)系的電信號(hào)。適當(dāng)改變彈性體的承載結(jié)構(gòu)，電阻應(yīng)變式傳感器同樣可檢測(cè)壓強(qiáng)（單位 kg/m2），其中包括氣體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)、土層壓強(qiáng)等。電阻應(yīng)變式傳感器還可應(yīng)用于位移檢測(cè)、應(yīng)變檢測(cè)、形位檢測(cè)、密度檢測(cè)及液位檢測(cè)。因?yàn)檫@些幾何量和物理量都可以通過(guò)彈性體結(jié)構(gòu)上的變化，將其轉(zhuǎn)換為力學(xué)量。如今，電阻應(yīng)變式傳感器已廣泛地應(yīng)用于航空、航天、鋼鐵、石油、煤炭、交通、計(jì)量、機(jī)械制造等等領(lǐng)域。
傳感器基本原理
1、傳感器的電路原理
電阻應(yīng)變式傳感器是通過(guò)彈性體來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞，通過(guò)粘貼于彈性體上的應(yīng)變計(jì)阻值的變化來(lái)實(shí)
現(xiàn)力—電信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)惠斯登電橋的放大作用將信號(hào)輸出。
圖 1 電阻應(yīng)變式傳感器的基本電路圖
2、傳感器的電路計(jì)算
圖 1 是典型的惠斯登電橋，其計(jì)算分析過(guò)程為：
U=U0 R3/（R2+R3）-U0R4/（R1+R4）
=U0［R3（R1+R4）-R4（R2+R3）］/（R1+R4）（R2+R3）
=U0（R1·R3-R2·R4）/（R1+R4）（R2+R3）
對(duì)其微分：
3
△ U/U0 =（△ R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4）/4
根據(jù)應(yīng)變計(jì)原理：Kε= △ R/R
△ U/U0 =（Kε1-Kε2+Kε3-Kε4）/4=K（ε1+ε3-ε4-ε2）/4
在上式中：U 為傳感器輸出電壓；U0 傳感器輸入電壓，即供橋電壓；R1、R2、R3、R4 分別為各橋臂應(yīng)變計(jì)標(biāo)稱(chēng)電阻值；K 為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；ε 即為粘貼應(yīng)變計(jì)處彈性體的應(yīng)變量。如
果 R1=R2=R3=R4=R，那么 ε1=ε3=-ε4=-ε2=ε，則傳感器輸出△ U/U0 =Kε。
以上可以看出，應(yīng)變式傳感器的輸出靈敏度△ U/U0 是與輸入電壓無(wú)關(guān)的，只與彈性體的應(yīng)變有關(guān)，單位為ｍ V/V。
3、應(yīng)變式傳感器的組成
電阻應(yīng)變式傳感器主要由彈性體、應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電路、電纜線(xiàn)、密封材料等幾部分組成，下面對(duì)這幾部分的功能加以簡(jiǎn)單描述：
（1）彈性體：力的采集元件，是應(yīng)變式傳感器的基本構(gòu)成部件；
（2）應(yīng)變計(jì)：將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻值變化的敏感 元件，是構(gòu)成應(yīng)變式傳感器的心臟 元件；
（3）補(bǔ)償電路：用于對(duì)傳感器的零點(diǎn)，輸出靈敏度等基本參數(shù)進(jìn)行修正，以滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)使用要求，是構(gòu)成傳感器的必要部分；
（4）電纜線(xiàn)：用于將應(yīng)變計(jì)采集的信號(hào)輸出的載體，是構(gòu)成傳感器的必須部分；
（5）密封材料：為保護(hù)傳感器的性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)外界環(huán)境的變化，刷涂，粘貼或封灌在傳感器 敏感柵上的一些材料，主要目的是防止外界的灰塵，潮氣和有害氣體侵蝕傳感器，對(duì)產(chǎn)品性能造成影響和破壞。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，使用稱(chēng)重傳感器 制作的電子衡器已廣泛應(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。應(yīng)變式傳感器由于其制作工藝較為簡(jiǎn)單，加工成本較為低廉，故被大批量生產(chǎn)，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)與控制、自動(dòng)計(jì)量等領(lǐng)域已大量應(yīng)用。北京電子天平網(wǎng)http://www.balance1.cn/
應(yīng)變式傳感器基本定義：電阻應(yīng)變式傳感器是一種用金屬?gòu)椥泽w將力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能元件。它通過(guò)粘貼在彈性體敏感表面的電阻應(yīng)變計(jì)及其以一定方式組成的電橋電路，在外加電源的激勵(lì)下，實(shí)現(xiàn)力—應(yīng)變—電阻—電信號(hào)變化四個(gè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化 的一種力敏感傳感器 。由于電阻應(yīng)變式傳感器必須通過(guò)一定形態(tài)的機(jī)械構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞，通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞，從而達(dá)到力的測(cè)量，因此，電阻應(yīng)變式傳感器被人們稱(chēng)為機(jī)電一體化器件。二十世紀(jì)三十年代，人們發(fā)明了應(yīng)變計(jì)，利用應(yīng)變計(jì)對(duì)材料進(jìn)行應(yīng)力分析，來(lái)研究材料的力學(xué)特性。隨著研究的深入，人們反其道來(lái)分析，利用金屬材料的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)出了各種電阻應(yīng)變式傳感器，來(lái)進(jìn)行各種物理量的測(cè)量。二十世紀(jì)五十年代，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)變計(jì)制造技術(shù)的進(jìn)一步成熟，電阻應(yīng)變式傳感器開(kāi)始得到廣泛地應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)、不同用途的電阻應(yīng)變式傳感器也相應(yīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)。
2、基本分類(lèi)
人們對(duì)電阻應(yīng)變式傳感器的命名各種各樣，根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)變式傳感器可分為：平膜片式、平行梁式、柱式、橋式、懸臂梁式、雙梁式、輪幅式、壓力環(huán)式、板環(huán)式等。根據(jù)其用途可以分為：
2測(cè)力傳感器、稱(chēng)重傳感器、壓力傳感器、引伸計(jì)、位移傳感器、扭矩傳感器、速度傳感器、高度傳感器、加速度傳感器等。
3、應(yīng)用范圍
電阻應(yīng)變式傳感器的檢測(cè)對(duì)象——力，不單指垂直方向的拉力或壓力它還可以是力空間六分量中任何一個(gè)單獨(dú)的分量（力或力矩）。只要對(duì)彈性體進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，它可對(duì)融合作用于一個(gè)構(gòu)件的六分量進(jìn)行互不干擾的檢測(cè)，同時(shí)輸出六個(gè)與被測(cè)量有線(xiàn)性關(guān)系的電信號(hào)。適當(dāng)改變彈性體的承載結(jié)構(gòu)，電阻應(yīng)變式傳感器同樣可檢測(cè)壓強(qiáng)（單位 kg/m2），其中包括氣體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)、土層壓強(qiáng)等。電阻應(yīng)變式傳感器還可應(yīng)用于位移檢測(cè)、應(yīng)變檢測(cè)、形位檢測(cè)、密度檢測(cè)及液位檢測(cè)。因?yàn)檫@些幾何量和物理量都可以通過(guò)彈性體結(jié)構(gòu)上的變化，將其轉(zhuǎn)換為力學(xué)量。如今，電阻應(yīng)變式傳感器已廣泛地應(yīng)用于航空、航天、鋼鐵、石油、煤炭、交通、計(jì)量、機(jī)械制造等等領(lǐng)域。
傳感器基本原理
1、傳感器的電路原理
電阻應(yīng)變式傳感器是通過(guò)彈性體來(lái)實(shí)現(xiàn)力的傳遞，通過(guò)粘貼于彈性體上的應(yīng)變計(jì)阻值的變化來(lái)實(shí)
現(xiàn)力—電信號(hào)轉(zhuǎn)換，通過(guò)惠斯登電橋的放大作用將信號(hào)輸出。
圖 1 電阻應(yīng)變式傳感器的基本電路圖
2、傳感器的電路計(jì)算
圖 1 是典型的惠斯登電橋，其計(jì)算分析過(guò)程為：
U=U0 R3/（R2+R3）-U0R4/（R1+R4）
=U0［R3（R1+R4）-R4（R2+R3）］/（R1+R4）（R2+R3）
=U0（R1·R3-R2·R4）/（R1+R4）（R2+R3）
對(duì)其微分：
3
△ U/U0 =（△ R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4）/4
根據(jù)應(yīng)變計(jì)原理：Kε= △ R/R
△ U/U0 =（Kε1-Kε2+Kε3-Kε4）/4=K（ε1+ε3-ε4-ε2）/4
在上式中：U 為傳感器輸出電壓；U0 傳感器輸入電壓，即供橋電壓；R1、R2、R3、R4 分別為各橋臂應(yīng)變計(jì)標(biāo)稱(chēng)電阻值；K 為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；ε 即為粘貼應(yīng)變計(jì)處彈性體的應(yīng)變量。如
果 R1=R2=R3=R4=R，那么 ε1=ε3=-ε4=-ε2=ε，則傳感器輸出△ U/U0 =Kε。
以上可以看出，應(yīng)變式傳感器的輸出靈敏度△ U/U0 是與輸入電壓無(wú)關(guān)的，只與彈性體的應(yīng)變有關(guān)，單位為ｍ V/V。
3、應(yīng)變式傳感器的組成
電阻應(yīng)變式傳感器主要由彈性體、應(yīng)變計(jì)、補(bǔ)償電路、電纜線(xiàn)、密封材料等幾部分組成，下面對(duì)這幾部分的功能加以簡(jiǎn)單描述：
（1）彈性體：力的采集元件，是應(yīng)變式傳感器的基本構(gòu)成部件；
（2）應(yīng)變計(jì)：將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電阻值變化的敏感 元件，是構(gòu)成應(yīng)變式傳感器的心臟 元件；
（3）補(bǔ)償電路：用于對(duì)傳感器的零點(diǎn)，輸出靈敏度等基本參數(shù)進(jìn)行修正，以滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和用戶(hù)使用要求，是構(gòu)成傳感器的必要部分；
（4）電纜線(xiàn)：用于將應(yīng)變計(jì)采集的信號(hào)輸出的載體，是構(gòu)成傳感器的必須部分；
（5）密封材料：為保護(hù)傳感器的性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)外界環(huán)境的變化，刷涂，粘貼或封灌在傳感器 敏感柵上的一些材料，主要目的是防止外界的灰塵，潮氣和有害氣體侵蝕傳感器，對(duì)產(chǎn)品性能造成影響和破壞。
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