淺談稱重傳感器工作原理及故障排除

繆少勇

（博羅縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測所，廣東 博羅 516100）

1 引言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)，實現(xiàn)了對物料的快速、準(zhǔn)確的稱量，特別是隨著微處理機(jī)的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置。稱重傳感器的應(yīng)用極其廣泛，它早已成為計量衡器中不可缺少的關(guān)鍵部件，從航空、航海、電力、建筑到民用計量都離不開它；從結(jié)構(gòu)上分有箱式、雙彎曲梁式、橋式雙剪切梁、懸臂梁式等；它形成了品種齊全、精度高、可靠性強等上百個規(guī)格的系列產(chǎn)品，我國從20世紀(jì)80年代廣泛開發(fā)應(yīng)用的梁式，雙孔梁式稱重傳感器，在市場上投入使用批量大，是本人從事計量檢定工作中遇到的質(zhì)量問題最多的一項產(chǎn)品，因為市場需求量大，一些不法商販認(rèn)為有利可圖，將一些質(zhì)量不合格產(chǎn)品投入市場，賺取昧心錢，擾亂了社會經(jīng)濟(jì)秩序，給消費者造成了經(jīng)濟(jì)損失，人們深惡痛絕。為了使計量器具充分體現(xiàn)它的準(zhǔn)確性、公正性，最大化地發(fā)揮作用。下面介紹梁式，雙孔梁式的傳感器技術(shù)性能及應(yīng)用。

2 金屬電阻應(yīng)變片的應(yīng)用

2.1 金屬電阻應(yīng)變片的構(gòu)成

金屬電阻應(yīng)變片主要由四部分構(gòu)成：①敏感柵；②基底和蓋層；③粘結(jié)劑；④引線。

2.2 應(yīng)變效應(yīng)

金屬絲的電阻為R＝P（L/S）。

式中：R：金屬絲的電阻值（Ω）；

P：金屬絲的電阻率（Ω/m）。

當(dāng)金屬絲在軸向受到壓力作用時，長度縮短了△L，截面積增加△s，那么電阻值將減小△R，金屬絲受作用力以后的相對電阻變化與相對長度變化之比為金屬絲的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，即KO=（△R/R）/（△L/L）。

金屬絲的電阻值相對變化與軸向長度的相對變化成正比，即△R/R＝K（△L/L）。

人們利用金屬絲在一定受力范圍內(nèi) KO為恒定量的特性制造應(yīng)變敏感元件，使電阻相對變化與應(yīng)變力之間呈線性關(guān)系。

2.3 金屬電阻應(yīng)變片的形狀（見圖1～圖3）

圖1 圓角線柵金屬絲式

圖2 箔式

圖3 薄膜式

2.4 金屬應(yīng)變片的主要技術(shù)特性

靈敏度：金屬絲受力后，電阻的相對變化與軸向長度相對變化系數(shù)。

橫向效應(yīng)：應(yīng)變中的敏感柵受到縱向應(yīng)力之后，直線段的電阻將增加，圓角部分減小，其綜合效應(yīng)使應(yīng)變片靈敏度下降，此現(xiàn)象稱為應(yīng)變片的橫向效應(yīng)。

線性度：試件上的應(yīng)變敏感元件的電阻相對變化 AR/R理論上呈線性度。

機(jī)械滯后：對貼有應(yīng)變片的試件循環(huán)加載和卸載時，應(yīng)變機(jī)械滯后片的AR/R與△L之間特性曲線的不重合程度稱機(jī)械滯后。

熱滯后：在循環(huán)改變溫度中，應(yīng)變片在同一溫度下電阻的差值稱為應(yīng)變片的熱滯后。

零飄：在恒溫條件下，貼有應(yīng)變片試件不承受載荷，應(yīng)變片的電阻值隨時變化的情況稱應(yīng)變片的零飄。

蠕變：在恒溫條件下，加到貼有應(yīng)變片試件上的載荷力恒定應(yīng)變片的應(yīng)變輸出隨時間變化的情況稱為應(yīng)變片的蠕變。

應(yīng)變極限：粘貼在試件上的應(yīng)變片所能測量的最大載荷力稱為應(yīng)變極限。

應(yīng)變片的疲勞壽命：在應(yīng)變極限之內(nèi)往復(fù)循環(huán)地施加載荷，應(yīng)變片所承受某一特定作用的循環(huán)次數(shù)為應(yīng)變片的疲勞壽命。

應(yīng)變片的允許電流：使用中不允許超過允許電流的數(shù)值并注意相關(guān)的條件。

應(yīng)變片的絕緣電阻：應(yīng)變片的引線與試件之間的電阻值稱絕緣電阻。

3 稱重傳感器

彈性體結(jié)構(gòu)不同共分為：柱式、梁式、環(huán)式。稱重傳感器中的梁式又分梁式、雙孔梁式。

3.1 梁式稱重傳感器（見圖4）

這種優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制作比較容易，靈敏度較高，不足的是穩(wěn)定性較差，適用于一般的準(zhǔn)確度測量。

圖4 梁式稱重傳感器

圖5 雙孔梁式稱重傳感器

3.2 雙孔梁式稱重傳感器（見圖5）

說明：圖5中，Wg：重力；R1、R4：受到的拉力；R2、R3：受到的壓力。

這種開孔式結(jié)構(gòu)彈性體剛性變好，應(yīng)變反應(yīng)速度快，滯后效應(yīng)小，對載荷力作用點要求不嚴(yán)格，廣泛用于小稱量的電子計價稱。

4 稱重傳感器的故障排除實例

4.1 稱重載荷加到載體上時，顯示屏上無重量顯示

（1）無供橋電壓加到稱重傳感電橋的輸入端，測量電壓輸出是否正常，若電壓電路有故障，排除后再做一步檢查。

（2）現(xiàn)傳感器連接電纜插座沒有插好，接觸不良，造成稱重信號不能輸入到放大器中。

（3）電橋焊點有開焊現(xiàn)象，電橋不工作，應(yīng)排除之。

（4）傳感器中有異物，電阻應(yīng)變片不發(fā)生應(yīng)變電阻變化，無信號輸出。

4.2 未加重稱重器載荷時，顯示值出現(xiàn)零飄、不回零、跳變

（1）粘貼電阻應(yīng)變片處開膠。

（2）電橋某一橋臂有虛焊現(xiàn)象，或某個焊點有“碰地”現(xiàn)象。

（3）電橋與彈性底之間絕緣電阻值下降。

（4）應(yīng)變片產(chǎn)生的熱電勢過大。

4.3 稱重顯示值不準(zhǔn)確

（1）彈性體被摔、碰撞、造成局部斷裂，因而讀數(shù)不準(zhǔn)。

（2）某種原因造成供僑電壓升高，電阻應(yīng)變片過熱，使應(yīng)變片粘膠損壞，阻值改變。

（3）在高溫或溫度變化大的環(huán)境中使用，應(yīng)變橋路與彈性體之間絕緣電阻下降。

（4）彈性體疲勞過度，使彈性體失去應(yīng)有的應(yīng)力變化。

4.4 載荷加到載體上時，顯示值各不相同

（1）電阻應(yīng)變片本身的特性不好。

（2）彈性體材質(zhì)或許幾何形狀不好。

（3）粘貼劑變質(zhì)，應(yīng)變片粘貼不牢。

4.5 載荷加到載體上時，顯示值隨時間變化，載荷越大變化越大

（1）粘貼膠選用不當(dāng)或老化變質(zhì)。

（2）環(huán)境潮濕、粘貼層過厚或固化不良。

在檢修稱重傳感器時，首先進(jìn)行外觀檢查，然后逐步檢測，在進(jìn)行性能測試時，用萬用表的×10 Ω電阻量程檢查電阻應(yīng)變片阻值，其阻值大約在250 Ω～500 Ω之間（不同型號的電子秤其電阻值亦不同）。需要有針對性的進(jìn)行故障排除，直到恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

5 結(jié)束語

總之，以稱重傳感器為核心的電子衡器在實際的使用過程中引發(fā)故障的原因很多，有時幾個故障可能同時出現(xiàn)。檢查電子計價秤的稱重傳感器故障時，首先要對稱重傳感器的外觀進(jìn)行檢查，然后對其進(jìn)行逐步的測試。在了解其工作原理的基礎(chǔ)上，認(rèn)真、仔細(xì)觀察、分析、測試，故障就會很快排除。