輪輻式稱重傳感器的應(yīng)用

宋瑾瑾 高敏 孫樹志 劉明 蔣相廣

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714154

摘要：本文介紹了輪輻式稱重傳感器的結(jié)構(gòu)特點、工作原理、輔助電源、接線方式，并分析了在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題，對推進(jìn)輪輻式稱重傳感器在工業(yè)過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)特點；輔助電源；接線方式

稱重傳感器是一種將重量信號或拉、壓力信號轉(zhuǎn)換為可測量的電信號，并將電信號輸出的裝置。隨著傳感器技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展，稱重傳感器也取得了飛速發(fā)展。我們只有了解了稱重傳感器的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題，才能夠讓稱重傳感器更好的應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域，促進(jìn)工業(yè)發(fā)展。

1 稱重傳感器分類

稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法可分為電容式、液壓式、電阻應(yīng)變式等多種類型，電阻應(yīng)變式因為精度高、測量范圍廣、頻響特性好等優(yōu)點，成為了使用最為廣泛的稱重傳感器[1]。電阻應(yīng)變式稱重傳感器按結(jié)構(gòu)形式可分為：輪輻式、柱式、橋式、梁式和環(huán)式等。其中輪輻式稱重傳感器（以下簡稱為輪輻式傳感器）由于具有抗側(cè)向力和偏載能力強(qiáng)、重心低、便于安裝、結(jié)構(gòu)簡單、堅固、線性和重復(fù)性好、過載能力強(qiáng)等特點[2]，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制領(lǐng)域。

2 輪輻式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理

輪輻式傳感器主要由輪箍、輪轂和輪輻組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中輪轂受載并傳遞載荷，輪箍環(huán)向承載，輪輻連接輪箍和輪轂，每根輪輻兩側(cè)中心的位置粘有電阻應(yīng)變計，且輪輻通常以成對方式對稱分布[2]。

1：輪箍；2輪輻；3：輪轂；4：電纜接口；5：電阻應(yīng)變計；p：壓力

通常輪輻式傳感器配合稱重顯示儀表（以下簡稱儀表）一起使用，可直接顯示物體的重量，其工作原理為：將待稱重物體放置在輪輻式傳感器上，輪輻上的電阻應(yīng)變片產(chǎn)生變形，稱重傳感器按一定的函數(shù)關(guān)系將重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的mV級電信號，該信號經(jīng)前置放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理后直接在顯示屏上顯示物體重量[3]。

3 輪輻式傳感器的輔助電源

由前述工作原理可知，輪輻式傳感器需要將重量信號轉(zhuǎn)換為電信號并輸出，而輸出電信號時需外接電源來提供能量。配合儀表使用時，輸出電信號所需能量由儀表提供。因儀表大多使用220V交流電源，并且電壓允許變化范圍較廣，故配合儀表使用時可直接使用220V電源。

輪輻式傳感器有時還配合變送器使用，此時，輸出傳感器電信號所需能量由變送器提供。由于變送器的電源一般為5V、12V、24V等，所以當(dāng)配合變送器使用時，不能直接接220V或380V電源，需利用開關(guān)電源將高電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的低電壓才能正常工作。

4 輪輻式傳感器接線方法

輪輻式傳感器通常有2種接線方法：四線制和六線制，由于四線制接法對儀表無特殊要求、使用方便，所以當(dāng)電纜線較短時，四線制使用率較高。

當(dāng)輪輻式傳感器配合變送器使用時，需利用開關(guān)電源進(jìn)行降壓，此時從變送器電纜接頭引出4根線，顏色分別為紅、黑、白、綠。其中紅、黑線為電源線，與開關(guān)電源的紅、黑線相連；白、綠線是信號線，與上位機(jī)連接，用來采集輸出信號，通過上位機(jī)來監(jiān)測處理輸出信號。

5 輪輻式傳感器應(yīng)用中的問題

5.1 輪輻式傳感器的量程

通常傳感器量程越接近傳感器承受到的載荷，其稱量準(zhǔn)確度就越高。因為若待稱重物體質(zhì)量較輕（例如10T），但選用了較大量程的傳感器（比如為50T），則得到的數(shù)值誤差會很大。在實際應(yīng)用中，還需考慮到偏載、振動沖擊等對傳感器的影響，所以傳感器的量程若選的過小，將會損壞傳感器。因此選用傳感器時要考慮多種影響因素，才能保證傳感器正常工作并延長其使用壽命[3]。另外，當(dāng)輪輻式傳感器配合儀表使用時，由于儀表是通用設(shè)備（有多個量程），使用不同承載量的稱重傳感器時其儀表也要選取合適量程。若選取不合適，工作人員可能會對采集的數(shù)據(jù)做出誤判和誤操作，嚴(yán)重時還會損壞稱重傳感器。

5.2 輪輻式傳感器的工作環(huán)境

隨著輪輻式傳感器技術(shù)的不斷成熟，其對工作環(huán)境的要求也更加寬松。但在實際應(yīng)用過程中，我們?nèi)孕杩紤]工作環(huán)境對傳感器的影響，如粉塵、潮濕環(huán)境會使傳感器短路；腐蝕性較高的環(huán)境會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路等[4]。所以在保證傳感器精度的前提下，我們要人為的避免惡劣工作環(huán)境對傳感器造成的不利影響。比如在粉塵、潮濕的環(huán)境下，可用焊接或其他方法將其完全封閉，并把上部做成圓弧狀，使其受力均勻。另外，當(dāng)尺寸允許時，也可考慮在傳感器外部加一層保護(hù)罩，降低外界環(huán)境對傳感器的不利影響。

6 結(jié)語

本文介紹了輪輻式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及在實際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題，能促進(jìn)大家對輪輻式傳感器的了解和研發(fā)，對保障輪輻式傳感器的安全應(yīng)用、延長壽命具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊青鋒.幾種常見稱重傳感器技術(shù)特性及應(yīng)用的介紹與分析[J].產(chǎn)品介紹，2015：4145.

[2]劉九卿.輪輻式稱重傳感器的新發(fā)展[J].科技廣場，2006，3441.

[3]楊青鋒，董海濤.探究我國稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試[J].綜述論壇，2005，34（2）：47.

[4]顧長榮.稱重傳感器的現(xiàn)場使用和調(diào)試[J].黑龍江科技信息，2008.

作者簡介：宋瑾瑾（1991），女，山東泰安人，在讀研究生，主要研究方向為機(jī)電液一體化。