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稱重傳感器的原理及應用
隨著科技的進步，由稱重傳感器生產的電子衡器已廣泛應用於各行各業，實現了對物料快速、準確的稱量。尤其是隨著微處理器的出現，工業生產過程的自動化程度不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的必備設備，從以前不能稱重的大型儲罐、料鬥等的重量計量和吊秤、汽車衡等的計量控制，到各種原料配料系統的混合和分配，生產過程中粉末和顆粒飼料用量的自動檢測和控制等，都應用到了稱重傳感器，目前，稱重傳感器被廣泛應用於各行各業。全部應用稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎應用於所有稱重領域。
1.高速定量包裝系統
該系統由微電腦控制稱重傳感器稱重和比較，並輸出控制信號，實施定值稱重，控制外部送料系統的運行，執行自動稱重和快速包裝任務。該系統采用 MCS-51 單片機和 V/F 電壓頻率轉換器等電子器件，其硬件電路框圖如圖 1 所示，以 8031 為中央處理器，BCD 刻度盤作為定值設定輸入，物料裝入料鬥，重量傳感器彈性體變形、輸出與重量成正比的電信號，傳感器輸出信號經放大器放大後，輸入 V/F 轉換器進行 A/D 轉換，傳感器輸出信號經放大器放大後，輸入 V/F 轉換器進行 A/D 轉換，輸出信號經 V/D 轉換器進行 A/D 轉換。傳感器輸出信號經放大器放大後，輸入 V/F 轉換器進行 A/D 轉換，轉換後的頻率信號直接輸入 8031 微處理器，由微機對其數字量進行處理。微電腦壹方面將重量的瞬時數字量送入顯示電路，顯示瞬時重量，另壹方面進行壹系列稱重控制，如稱重比較、打開和關閉進料口、向箱內卸料等。
圖 1 原理框圖
在整個系統中，稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，采用的是 GYL-3 應變片式稱重傳感器。四塊電阻應變片構成全橋電橋電路，在所加橋壓 U 不變的情況下，傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供電橋橋壓成正比，而且，供電橋橋壓 U 的變化直接影響電子秤的測量精度，因此要求橋壓非常穩定。毫伏級傳感器的輸出被放大成 0-10V 的電壓信號輸出，送入 V/F 轉換器進行 A/D 轉換，其輸出的頻率信號加到單片機 8031 的定時器 1 計數，輸入端為 T1。在微控制器中由定時器 0 進行計數定時，定時器 0 的定時時間由所需的 A/D 轉換分辨率設定。
定時器 1 的計數值反映了被測電壓的大小，即物料的重量。在顯示的同時，計算機還會根據設定值和測量值進行定值判斷。將測量值與給定值進行比較，取其差值進行 PID 運算，當重量不足時，則繼續進料並顯示測量值。壹旦重量等於或大於給定值，控制界面輸出控制信號，控制外部送料設備停止送料，顯示測量的最終值，然後發出應答指令，表示裝袋結束，可進行下壹次裝袋稱重。
圖 2 顯示了自動稱重和裝載設備。每個裝好料的箱或袋沿著傳送帶移動，直到裝好的物料低於電子稱時，傳送帶停止移動，電磁線圈2通電，電子稱料鬥翻轉，使物料全部倒入箱或袋內，當物料倒出後，傳送帶電機再次通電，裝好料的箱或袋被移出、同時，電子秤箱復位，電磁線圈 1 通電，漏鬥自動送入電子秤，重量由微電腦控制，當電子秤中的物料等於給定值時，電磁線圈 1 斷電，彈簧力關閉漏鬥門。裝料系統開始下壹個裝料循環。當料鬥中有足夠的物料和傳送帶上有足夠的箱子時，該過程就可以連續進行。如有必要，*操作員可以隨時停止傳送帶，並通過拉動轉盤輸入不同的給定值來改變箱子或袋子的重量，然後再次啟動傳送帶。
圖 2 自動稱重和裝載裝置
通過使用不同的傳感器和改變稱重範圍，該系統可用於水泥、制糖、面粉加工等行業的自動包裝。
2.商用電子計價秤中的傳感器
目前，商用電子計價秤的使用非常普及，並將逐步取代傳統的桿秤和機械秤。電子計價秤在秤臺結構上有壹個顯著特點：在壹個相當大的秤臺上，只在中間裝置壹個專門設計的傳感器來承擔物料的全部重量
圖 3 計價秤內部結構示意圖
計量，如圖 3 所示。常用的電子計價秤傳感器結構如圖4所示，其中圖4（a）為雙連桿橢圓孔彈性體，秤盤用懸臂梁壹端上平面的兩個螺孔緊固；圖4（b）為梅花型四連桿孔彈性體，秤盤用懸臂梁壹端側面的三個螺孔牢固，中間的支撐桿上粘貼補償應變片。這兩種形式的傳感器在計重秤中使用最多。圖 4（c）為三梁彎曲彈性體，采樣彎曲應力大，對重量反應靈敏，宜用於稱重量小的計價秤。圖 4（d）為三梁剪切彈性體，采樣的是中間敏感梁的剪切應力，適合用於秤量範圍為幾百公斤的計價秤。
圖 4 采用彈性體結構的計價秤
用這些復合梁式高精度傳感器來支撐大型秤臺，被稱重物可能放在任意秤臺上的任意位置，都不可避免地會產生四角值誤差，圖 4（a）、（b）兩種結構形式的傳感器，可以通過銼刀的形式修正角差。對於圖 4（c）、（d），它有上下兩根局部削弱的柔性輔助梁，使傳感器具有較強的抗側向力、側向力和扭轉力矩的能力，可以通過銼平輔助梁的柔性部位來調整傳感器的靈敏系數和四角誤差。圖 5 是商用電子計價秤的電路框圖。傳感器采用圖 4（b）所示的梅花型四連孔結構，秤體具有零點設置、單價自動清零、自動跟蹤零點、自動去皮、次數累計和金額累計、打印輸出等功能，7 段綠色熒光數碼管顯示，使用非常方便。
圖5電子計價秤電路框圖
圖6是采用CHBL3型S型雙連孔彈性體稱重傳感器制成的便攜式家用電子便攜秤原理圖，由稱重傳感器、放大電路、A/D轉換和液晶顯示四部分組成。圖中，E 為 9V 疊層電池，R1-R4 為稱重傳感器的四個電阻應變片，R5、R6 和 W1 組成零位調節電路。當負載為零時，調節 RW1 使液晶顯示屏顯示零。A1、A2 為雙運算放大器集成電路 LM358 中的兩個單元電路，由對稱的同相放大器組成，A/D 轉換器采用 ICL7106 雙積分型 A/D 轉換器，液晶顯示器采用 3 1/2 液晶顯示器。該電子秤精度高，簡單實用，攜帶方便。
稱重傳感器為高精度傳感器，必須按規定規格使用。如果不按規定規格使用，不僅不能起到稱重的作用，還容易損壞，尤其是絕對不允許超過安全載荷值使用。
圖 6 便攜式電子秤電路框圖
對於溫度變化對電橋零點和輸出、靈敏度的影響，即使是同壹批應變片，也會因應變片之間的溫度特性差異而造成微小誤差，要求傳感器具有較高的精度，必須進行溫度補償，解決的辦法是在基片上粘貼采用適當溫度系數的自動補償片，並從外部對其進行補償。解決的辦法是在要粘貼的基板上使用適當溫度系數的自動補償片，並從外部對它進行適當補償。
非線性誤差是傳感器特性中最重要的壹點。產生非線性誤差的原因有很多，壹般來說，主要由結構設計決定，通過線性補償，也可以得到改善。
滯後和蠕變是應變片和粘合劑的誤差。由於粘合劑是高分子材料，其性能隨溫度變化很大，因此稱重傳感器必須在規定的溫度範圍內使用。
在露天使用稱重傳感器時，還應考慮陽光直射和風壓對溫度的影響。
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