在线称重控制的硬件配置之一——传感器

一、称重传感器的种类

在线称量控制的传感器构成有：光纤传感器、夹取传感器、转动传感器、称重传感器、上下位传感器和传送带组成。无论是在小型的台秤还是大型的程序控制系统中，称重系统决定了这个程序控制系统的准确性和可靠性，而整个称重系统的核心部件就是称重传感器。“称重传感器如果按转换方法可分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、振动式、陀螺仪式、电阻应变片式等 7类，以电阻应变片式使用最广。”下面就介绍几种常用称重传感器的工作原理、特点性能及优缺点比较。

1.电阻应变式传感器

“电阻应变片式传感器是将被测件上的应变片受力形变转换成为一种电信号的敏感器件。” 半导体应变片和金属电阻应变片是用的做多的。它的原理是这样的：在某个有力学应变的基体上，应变片被特殊的粘合剂紧紧的粘在一起，当这个基体受力时就会发生应力变化，应变片随之变形，从而改变了应变片的阻值，最终导致加在电阻上的电压改变。

电阻应变片传感器的缺点是，在受力时产生的阻值变话一般较小，导致精度不准，因此都先组成惠斯顿电桥后，再安装仪表放大器对信号进行放大。

2.电容式传感器

“电容式传感器是一种把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。”其工作原理是根据电容器震荡电路的震荡频率与极板间距的正比例关系。它的构成是两个平行的电极和具有可变参数的电容器，电容器是以空间为介质的。电容式传感器准确度为 1/200～1/500。

电容式传感器的优点是结构一目了然，经济实惠，灵敏度高，耗电量不高，过载能力强，动态响应的特性好、适应高温、辐射、强振等恶劣条件和环境的能力强。缺点是灵敏度和精度受电容器的影响比较大。

3.光电式传感器

光电式传感器分为光栅式和码盘式两种，主要用在机电结合秤上。

“光栅式传感器的工作原理是将光栅形成的莫尔条纹角位移转换成光电信号。一个装在表盘轴上可移动的光栅，另一块固定光栅。加载物体后，传力杠杆带动使表盘轴旋转从而带动移动光栅转动，莫尔条纹也随之移动。利用光电管、转换电路和显示仪表，计算移过的莫尔条纹数量，测出光栅转动角的大小，从而确定和读出被测物质量。码盘式传感器的码盘（符号板）是一块装在表盘轴上的透明玻璃，上面带有按一定编码方法编定的黑白相间的代码。加载物体后，通过杠杆使表盘轴旋转时，码盘也转过一定角度。光电池透过码盘接受光信号并转换成电信号，由电路进行处理并得到测量结果。”

光电式传感器优点是，抗干扰能力强，工作性能稳定可靠，常用于恶劣的工业环境中，比如煤矿中。缺点是运行速度不高，无法满足高速度称重的要求。

4.液压式传感器

液压式传感器承受被测物重力作用时，液压油压力增大，增大的程度与物体重力成正比，测出压力的增大值，就可得到被测物的质量。

液压式传感器优点是，结构不复杂而且坚固，测量范围大。缺点是准确度不高，一般不超过1/100。

二、称重传感器的选择

以上介绍了称重传感器的种类以及他们的优缺点，称重传感器是电子衡器的核心，电子衡器的准确度和稳定性大部分取决于它。因此，在工业中选择一个合适的传感器就至关重要了。那么如何选用传感器呢？

首先要考虑传感器所处的实际工作环境。

这点对正确选用传感器至关重要，工作环境对传感器的性能、稳定性、安全性和使用年限起着决定性的作用，下面列举了几种环境对传感器可能造成的影响以及相应措施[25]。

1.高温环境。这种环境下传感器容易产生涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。 对于高温环境下工作的传感器常采用耐高温传感器，同时必须加有隔热、水冷或气冷等装置。

2.粉尘、潮湿环境。这种环境下容易对传感器造成短路。在粉尘、潮湿环境环境条件下应选用密闭性很高的传感器。

3.腐蚀性较高的环境。这种环境下容易对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，比如潮湿和酸性的环境中，应选择外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。

4.有电磁场的环境。这种环境容易紊乱传感器的输出信号。在有电磁场的环境里的传感器得有屏蔽性，具有良好的抗电磁能力。

5.易燃、易爆环境。这种环境最恶劣且危险，因为它不仅对传感器存在毁灭性的影响而且给其它设备和人身安全带来很大的威胁。因此，在易燃、易爆环境下工作的传感器必须选用防爆传感器。

其次是对传感器数量和量程的选择。

传感器数量的选择有两个依据。一是依据秤的用途，二是依据秤体需要支撑的点数。而支撑点数的确定则是根据这样一个原则，即能使秤体几何重心和实际重心重合的原则。一般情况下，是有几个支撑点就选用几只传感器。但是也要根据实际情况来确定传感器的个数。比如电子吊钩秤就只能采用一个传感器。

传感器量程的选择有三个依据。一是依据秤的最大称量值，二是依据所用传感器的个数，三是要考虑秤体的本身的重量和皮重，因为这个重量将会产生偏载及振动冲击等载荷。一般情况下，传感器的量程越接近每个传感器的载荷，它的称量准确度就越高。 但是在实际情况中，不能千篇一律，要考虑诸多方面的因素，结合实际，确保传感器的安全和使用寿命。

三、结束语

传感器是在线称量技术的核心部件，被誉为“信息装备的特种元件”，是信息技术的三大产业支柱之一，并且是一项适应我国先进生产力发展要求的高技术，是目前我国信息产业发展的重点基础类新型的产业。