傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,并能將感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺(jué)器官。 而單靠人們自身的感覺(jué)器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器。因此可以說(shuō),傳感器是人類五官的延長(zhǎng),又稱之為電五官。
傳感器的分類有很多,其中
稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的力→電轉(zhuǎn)換裝置,是電子稱的一個(gè)關(guān)鍵部件。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類,以電阻應(yīng)變式使用最廣。傳感器就好比電子稱的“心臟”,其精確度和穩(wěn)定性直接影響電子稱的性能。
電子秤屬于衡器的一種,利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測(cè)定物體質(zhì)量的工具。 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展,電子秤在許多商業(yè)活動(dòng)中已成為不可缺少的計(jì)量工具。電子秤主要由承重系統(tǒng)(如秤盤、秤體)、傳力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(如杠桿傳力系統(tǒng)、傳感器)和示值系統(tǒng)(如刻度盤、電子顯示儀表)三部分組成。
電子秤作為一個(gè)典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),也可歸納為由三大環(huán)節(jié)所組成。
如圖1所示一次儀表通常指的是傳感器,它是由敏感元件、電路、機(jī)構(gòu)等組成,是利用某些特殊材料對(duì)某些物理量具有一定的敏感,然后轉(zhuǎn)換成電量、電壓、電流。通常來(lái)自一次儀表的電信號(hào)比較弱小,不足以驅(qū)動(dòng)顯示器,為此采用二次儀表對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,來(lái)自一次儀表的電信號(hào)往往還夾帶外部的干擾信號(hào),必須把它去除,一般二次儀表還包括濾波電路用以消除干擾。傳感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系往往并不服從線性關(guān)系,所以有時(shí)還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)木€性補(bǔ)償處理。故稱二次儀表為測(cè)量與顯示部件。二次儀表的輸出信號(hào)可能是模擬量,也可能是數(shù)字量。三次儀表是采用了計(jì)算機(jī)技術(shù),所以要求二次儀表的輸出信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào),三次儀表將進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并形成控制量輸出。作為規(guī)模較小的儀表系統(tǒng),三次儀表主要是以中央處理器為核心的數(shù)字電路,組成智能化儀表。使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的性能與功能大大提高。
各種各樣形式的電子秤的儀表結(jié)構(gòu)都是大同小異的,都必須利用稱重傳感器來(lái)采集重量信號(hào)并變換成相應(yīng)大小的電信號(hào)。
2、電子稱工作原理
當(dāng)物體放在秤盤上時(shí),壓力施給傳感器,該傳感器發(fā)生形變,從而使阻抗發(fā)生變化,同時(shí)使用激勵(lì)電壓發(fā)生變化,輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)輸出到CPU運(yùn)算控制。CPU根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器,直至顯示結(jié)果。
3、電子稱中傳感器的選用
①敏感元件
直接感受被測(cè)量(質(zhì)量)并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的其他量的元件。如電阻應(yīng)變式稱重傳感器的彈性體,是將被測(cè)物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫?電容式稱重傳感器的彈性體將被測(cè)的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰啤?/div>
②變換元件
又稱傳感元件,是將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y(cè)量的信號(hào)。如電阻應(yīng)變式稱重傳感器的電阻應(yīng)變計(jì)(或稱電阻應(yīng)變片),將彈性體的形變轉(zhuǎn)換為電阻量的變化;電容式稱重傳感器的電容器,將彈性體的位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?。有時(shí)某些元件兼有敏感元件和變換元件兩者的職能。如電壓式稱重傳感器的壓電材料,在外載荷的作用下,在發(fā)生變形的同時(shí)輸出電量。
③測(cè)量元件
將變換元件的輸出變換為電信號(hào),為進(jìn)一步傳輸、處理、顯示、記錄或控制提供方便。如電阻應(yīng)變式稱重傳感器中的電橋電路,壓電式稱重傳感器的電荷前置放大器。
④輔助電源
為傳感器的電信號(hào)輸出提供能量。一般稱重傳感器均需外鏈電源才能工作。因此,作為一個(gè)產(chǎn)品必須標(biāo)明供電的要求,但不作為稱重傳感器的組成部分。有些傳感器,如磁電式速度傳感器,由于他輸出的能量較大,故不需要輔助電源也能正常工作。所以并非所有傳感器都要有輔助電源。
(2)稱重傳感器的測(cè)量原理及構(gòu)造原理
測(cè)量原理:稱重傳感器采用金屬電阻應(yīng)變片組成測(cè)量橋路,利用金屬電阻絲在張力作用下伸長(zhǎng)變細(xì),電阻增加的原理,即金屬電阻隨所受應(yīng)變而變化的效應(yīng)而制成的(應(yīng)變,就是尺寸的變化)。
構(gòu)造原理:金屬電阻具有阻礙電流流動(dòng)的性質(zhì),即具有電阻(Ω),其阻值依金屬的種類而異。同一種金屬絲,一般來(lái)講,越是細(xì)長(zhǎng),其電阻值就越大。當(dāng)金屬電阻絲受外力作用而伸縮時(shí),其電阻值就會(huì)在某一范圍內(nèi)增減。因此,將金屬絲(或膜)緊貼在被測(cè)物體上,而且這種絲或膜又很細(xì)或很薄,粘貼又十分完善,那麼,當(dāng)被測(cè)物體受外力而伸縮時(shí),金屬電阻絲(膜)也會(huì)按比例伸縮,其阻值也會(huì)相應(yīng)變化。稱重傳感器就是將金屬電阻應(yīng)變片粘貼在金屬稱重梁上進(jìn)行測(cè)量重量信號(hào)的。
(3)稱重傳感器的選用
能夠?qū)崿F(xiàn)力→電轉(zhuǎn)換的稱重傳感器有多種,常見(jiàn)的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電阻式傳感器又分為金屬絲箔式、半導(dǎo)體式,它們各有優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍。
大多數(shù)電子秤的使用場(chǎng)合是極為普通的室內(nèi)外的大氣層環(huán)境,所謂的溫度條件是-10℃~55℃。選用金屬箔式應(yīng)變片傳感器作為電子秤的荷重傳感器是最廣泛的應(yīng)用。因?yàn)榻饘俨綉?yīng)變片在這個(gè)溫度范圍內(nèi)具有精度高、穩(wěn)定性好、線性、轉(zhuǎn)換電路簡(jiǎn)單成本較低等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變片盡管也能適用并且也有不少優(yōu)點(diǎn),如靈敏度高、體積小、響應(yīng)速度快等,但是對(duì)溫度的敏感,以前一直是它的缺陷,雖然目前已經(jīng)通過(guò)激光修補(bǔ)工藝解決了溫度補(bǔ)償問(wèn)題,可是生產(chǎn)成本高成為廣泛使用的阻礙。電容式荷重傳感器也是一種可選對(duì)象,但是需要穩(wěn)定的交流電源作為工作電源,技術(shù)要求高、電路復(fù)雜、適用于安裝空間小、響應(yīng)速度快的場(chǎng)合。壓磁式荷重傳感器特別適用于環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合,但是精度不高,僅適用于大噸位秤重。選用荷重傳感器的基本要求是:靈敏度高、函數(shù)關(guān)系呈線性、重復(fù)性好、長(zhǎng)期穩(wěn)定。
如圖所示,為三種常見(jiàn)的應(yīng)變片荷重傳感器。圖a為圓柱式荷重傳感器,彈性元件為合金鋼材料。圖b為梁式荷重傳感器,彈性元件為彈簧鋼材料。圖c為S型剪切式荷重傳感器,彈性元件為鋁合金材料。三種結(jié)構(gòu)形式的荷重傳感器均為壓縮式受力,根據(jù)測(cè)重范圍的需要,采用不同的彈性模量的材料。通常荷重傳感器的測(cè)量范圍與分辨率是互相制約的,測(cè)量范圍越大,則分辨率越差。反之,測(cè)量范圍越小,則分辨率越好。
4、傳感器在電子稱中的應(yīng)用
電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個(gè)原理:彈性體(彈性元件,敏感梁)在外力作用下產(chǎn)生彈性變形,使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)也隨同產(chǎn)生變形,電阻應(yīng)變片變形后,它的阻值將發(fā)生變化(增大或減?。?,再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。
5、電子稱分類
(1)按原理分:電子秤 機(jī)械秤 機(jī)電結(jié)合秤 多功能電子秤;
(2)按功能分:計(jì)數(shù)秤 計(jì)價(jià)秤 計(jì)重秤 藍(lán)牙秤;
(3)按用途分:工業(yè)秤 商業(yè)秤 特種秤;
(4)按放置位置分類:
桌面秤指全稱量在30Kg以下的電子秤;
臺(tái)秤指全稱量在30-300Kg以內(nèi)的電子秤;
地磅指全稱量在300Kg以上的電子秤 精密天平;
(5)按精確度分類:
I級(jí):特種天平 精密度≥1/10萬(wàn) 基準(zhǔn)衡器;
II級(jí):高精度天平 1/1萬(wàn)≤精密度<1/10萬(wàn) 精密衡器;
III級(jí):中精度天平 1/1000≤精密度<1/1萬(wàn) 工業(yè).商業(yè)衡器;
IV級(jí):普通秤 1/100≤精密度<1/1000 粗衡器;
(6)按資料傳輸方式分類:
分為:RS-232/ RS-485、 射頻(RF2.4G)、 模擬訊號(hào)(Analog)、 藍(lán)牙(Bluetooth)、 USB接口、以太網(wǎng)路。