傳感器行業(yè)的“福音” 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87，傳感器定義為：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件裝置。傳感器作為檢測(cè)工具，要求檢測(cè)研究對(duì)象的物理或化學(xué)的信息，需要其具有適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)及穩(wěn)定性和可靠性高的特點(diǎn)，根據(jù)傳感器的以上特點(diǎn)，就要求對(duì)傳感器的加工需要做到穩(wěn)定、可靠、精度高。而傳統(tǒng)的加工工藝難以達(dá)到要求，將傳感器行業(yè)帶入了困境！現(xiàn)在，一種新的加工工藝誕生了――激光技術(shù)，給傳感器行業(yè)帶來了福音. 激光技術(shù)解決了傳感器在打標(biāo)、焊接、調(diào)阻方面的問題. 激光打標(biāo)的基本原理是，由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束，當(dāng)激光作用于承印材料時(shí)，處于基態(tài)的原子躍遷到較高能量狀態(tài)；處于較高能量狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)很快回到基態(tài)，當(dāng)原子返回基態(tài)時(shí)，會(huì)以光子或量子的形式釋放出額外的能量，并由光能轉(zhuǎn)換為熱能，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，從而形成圖文標(biāo)記。使用激光打標(biāo)，效率高、精度高、成本低，且標(biāo)記永久不可磨滅，增強(qiáng)其可追溯性. 激光焊接機(jī)是應(yīng)用激光器產(chǎn)生的波長(zhǎng)為1064nm的脈沖激光經(jīng)過擴(kuò)束、反射、聚焦后輻射加工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過數(shù)字化精確控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被加工件的激光焊接?！〖す庥脕矸夂?jìng)鞲衅鹘饘偻鈿な悄壳耙环N先進(jìn)的加工工藝方法。使用激光焊接，具有焊點(diǎn)美觀牢固、熱影響區(qū)小、效率高、焊接成本低等特點(diǎn). 激光調(diào)阻是由計(jì)算機(jī)控制激光的運(yùn)動(dòng)，利用高能量的激光脈沖作用于電阻材料上，電阻材料吸收光能后被迅速加熱和汽化，材料被蒸發(fā)掉，在電阻上形成一個(gè)圓形斑點(diǎn)；當(dāng)一連串部分重疊的激光脈沖打在電阻材料上就會(huì)形成一個(gè)切口，采用適當(dāng)?shù)那锌谛螤詈烷L(zhǎng)度就可將電阻修調(diào)到設(shè)定的標(biāo)稱值。使用激光調(diào)阻加工精度高，重復(fù)精度好，具有速度快、效率高，易于實(shí)現(xiàn)整個(gè)加工過程自動(dòng)化. 問題提出：

在衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)，往往在確定準(zhǔn)確度等級(jí)等指標(biāo)后，不知如何選擇傳感器和稱重儀表？有時(shí)自認(rèn)為已正確選擇了稱重傳感器和稱重儀表，但是在實(shí)際測(cè)試中，衡器的計(jì)量性能指標(biāo)還是無法保證，請(qǐng)指教在傳感器和儀表的選型中，有何訣竅？

問題解答：

在衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)，往往確定衡器準(zhǔn)確度等級(jí)后，需要掌握以下選擇傳感器和儀表的選型原則：

1．傳感器和儀表的選型中與衡器相關(guān)的計(jì)量參數(shù)

（1）衡器的主要參數(shù)：最大秤量、最小秤量、準(zhǔn)確度等級(jí)、最大檢定分度數(shù)n、工作溫度范圍、承載器的靜載荷、去皮重量等。

（2）衡器的誤差分配系數(shù)：p1²+ p2²+ p3²+ p4²+ p5²……≤1

其中：p1、p2、p3、p4、p5…pi——衡器的誤差分配因子，0.3≤pi≤0.8。

2．衡器最大秤量修正系數(shù) Q

一般來說，衡器的最大秤量修正系數(shù)Q應(yīng)大于1，主要是針對(duì)偏載（載荷的不均勻分布）、承載器的靜載荷、初始置零范圍及添加皮重可能產(chǎn)生的影響的考慮。

Q = (Max+ DL + ISZR + NUD + T+...) / Max

其中：Max ——衡器的最大秤量；
DL —— 承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定；
ISZR ——初始置零范圍，一般為20% Max；
NUD ——承載器的載荷不均勻分布值。一般可以按典型結(jié)構(gòu)的衡器進(jìn)行假設(shè)。

·帶杠桿及單傳感器的衡器，或傳感器對(duì)稱排列的料斗，承載器上沒有易造成偏載的裝置 NUD = 0 %Max
·其它典型衡器NUD = 20%Max
·對(duì)于叉車秤，單軌吊秤及汽車衡NUD = 50％Max
·多秤臺(tái)衡器，組合數(shù)固定 NUD = 50%Max（累計(jì)最大秤量）
·多秤臺(tái)衡器，組合數(shù)是可變NUD = 50%Max（單秤臺(tái)最大秤量）

T —— 衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)按添加皮重法設(shè)計(jì)的重量值。

當(dāng)然衡器的最大秤量修正系數(shù)Q還可以根據(jù)不同衡器的實(shí)際使用狀況，再分別加上沖擊系數(shù)、超載系數(shù)、風(fēng)壓系數(shù)等。

3．稱重傳感器選型

3.1 準(zhǔn)確度等級(jí)

準(zhǔn)確度等級(jí)，包括稱重傳感器（LC）溫度范圍及濕熱穩(wěn)定和蠕變指標(biāo)，必須滿足衡器的要求。

*) 如果溫度范圍足夠?qū)?，并且濕熱的穩(wěn)定性和蠕變指標(biāo)只能滿足較低準(zhǔn)確度等級(jí)要求。

3.2 傳感器最大允許誤差分配系數(shù)pLC

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重傳感器的誤差分配系數(shù)，那么pLC = 0.7。稱重傳感器的誤差分配系數(shù)可以是0.3≤pLC≤0.8。

3.3 工作溫度范圍

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中沒有規(guī)定稱重傳感器的工作溫度范圍，那么溫度范圍下限Tmin = -10℃及溫度范圍上限Tmax = 40℃。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，也可以對(duì)溫度范圍做出限定，但工作溫度范圍不得小于30℃。

3.4 傳感器最大秤量

稱重傳感器的最大秤量Emax應(yīng)滿足下述條件：

Emax≥Q × Max × R / N

其中：Q ——衡器最大秤量修正系數(shù)；
Max——衡器的最大秤量；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
N —— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

3.5 傳感器最小靜載荷

因承載器所產(chǎn)生的最小載荷必須等于或大于稱重傳感器的最小靜載荷Emin (許多稱重傳感器有Emin = 0)：

Emin≤DL×R / N

其中：Emin—— 傳感器的最小靜載荷；
DL —— 承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定。

3.6 傳感器最大分度數(shù)nLC

（1）對(duì)于每只稱重傳感器，稱重傳感器的最大分度數(shù)nLC應(yīng)不小于衡器的檢定分度數(shù) n：

nLC≥n

（2）對(duì)于多稱量范圍、多分度值衡器，下述要求適用于任何單獨(dú)的稱量范圍或局部稱重范圍：

nLC≥ni

（3）傳感器最小靜載荷輸出恢復(fù)DR

l 對(duì)于多稱量范圍衡器，同一傳感器用于多于一個(gè)稱量范圍時(shí)，應(yīng)滿足條件：

DR×E / Emax≤ e1 ×R / N

或：DR / Emax ≤ e1 / Max

當(dāng)DR未知時(shí)，應(yīng)滿足條件nLC≥0.4 ×Max r / e1。

·對(duì)于多分度值衡器，應(yīng)滿足條件：

DR ×E / Emax≤0.5 ×e1×R / N 即 DR / Emax £ 0.5 ×e1 / Max

其中：E = Max × R / N 是衡器加載至Max時(shí)加在單個(gè)稱重傳感器上的部分載荷。

當(dāng)DR未知時(shí)，應(yīng)滿足條件nLC≥Max / e1。

3.7 傳感器最小檢定分度值

稱重傳感器最小檢定分度值vmin不應(yīng)大于衡器檢定分度值e乘以載荷傳遞裝置的縮比R，再除以稱重

傳感器數(shù)量N的平方根：

vmin ≤ e1 ×R /

對(duì)于多稱量范圍衡器，相同的傳感器用于多于一個(gè)稱量范圍時(shí)，或多分度值衡器，e用e1代替。

3.8 傳感器輸入阻抗

傳感器的輸入電阻RLC 受到稱重儀表的限制。RLC / N 必須滿足稱重儀表輸入電阻范圍RL min到RL max。

3.9 傳感器額定輸出

傳感器在用Emax加載后，對(duì)應(yīng)輸入電壓下的輸出信號(hào)的變化一般采用 mV/V 表示。

為了更方便于計(jì)算，OIML R 60 中引入了下面的相對(duì)值：

Y = E max / v min
Z = E max / (2·DR)

4．稱重儀表的選型

4.1 準(zhǔn)確度等級(jí)

稱重儀表準(zhǔn)確度等級(jí)，包括溫度范圍及濕熱穩(wěn)定性指標(biāo)，必須滿足衡器的要求。

*) 如果溫度范圍足夠?qū)?，并且濕熱的穩(wěn)定性指標(biāo)只能滿足較低準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。

4.2 稱重儀表的最大允許誤差系數(shù)

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重儀表的最大允許誤差系數(shù)，那么pind = 0.5。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該系數(shù)可以為0.3≤pind ≤0.8。

4.3 工作溫度范圍

如果衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有規(guī)定稱重儀表的溫度范圍，那么溫度范圍下限值Tmin = -10℃，溫度范圍上限值Tmax = 40℃。根據(jù)衡器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，可以對(duì)溫度范圍進(jìn)行限制, 但工作溫度范圍不得小于30℃。

4.4 最大檢定分度數(shù)

對(duì)于每臺(tái)稱重儀表，其最大分度數(shù)nind應(yīng)不小于衡器的檢定分度數(shù)n：

nind ≥ n

對(duì)于多稱量范圍或多分度值衡器，該要求適用于任何單獨(dú)的稱量范圍或局部稱重范圍：

nind ≥ ni

如果可以用于多稱量范圍或多分度值衡器，這些功能必須包括在受檢定的稱重儀表中。

4.5 與衡器相關(guān)的稱重儀表電氣參數(shù)

Uexc (V) 稱重傳感器激勵(lì)電壓
Umin (mV) 稱重儀表的正常最小輸入電壓
Δumin (mV) 稱重儀表每個(gè)檢定分度值的最小輸入電壓
UMRmin (mV) 稱重儀表測(cè)量范圍最低電壓
UMRmax (mV) 稱重儀表測(cè)量范圍最高電壓
RLmin (W) 連接傳感器的最小輸出阻抗
RLmax (W) 連接傳感器的最大輸出阻抗

4.6 稱重儀表每個(gè)檢定分度值的最小輸入電壓驗(yàn)算

(1) 稱重儀表的正常最小輸入電壓(衡器空載) Umin驗(yàn)算

Umin = C×Uexc×R×DL /(Emax×N )

其中：Uexc—— 傳感器的激勵(lì)電壓；
C —— 傳感器的額定輸出；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
DL —— 衡器承載器的靜載荷，由衡器方案設(shè)計(jì)時(shí)確定；
Emax—— 傳感器的最大秤量；
N—— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

(2) 稱重儀表的每檢定分度的最小輸入電壓Δumin驗(yàn)算

Δumin = C×Uexc×R×e /(Emax×N )

其中：C —— 傳感器的額定輸出；
Uexc—— 傳感器的激勵(lì)電壓；
R —— 衡器載荷傳遞裝置的縮比；
e —— 衡器檢定分度值，對(duì)于多稱量范圍或多分度值衡器，e = e1；
Emax—— 傳感器的最大秤量；
N—— 衡器傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量。

5．連接電纜的選型

稱重儀表與傳感器或傳感器接線盒（使用六線制的稱重儀表應(yīng)具有傳感器反饋補(bǔ)償功能）之間的附加電纜必須在稱重儀表說明書中進(jìn)行規(guī)定。

較為簡(jiǎn)單的方法是在稱重儀表說明書中規(guī)定電纜材料（銅，鋁等）的單位橫截面(m/mm²)電纜長(zhǎng)度的值。否則必須計(jì)算電纜長(zhǎng)度(m)、截面積(mm2)、導(dǎo)電材料參數(shù)和每股芯線最大電阻(W)。

5.1 電纜電阻變化計(jì)算

應(yīng)測(cè)量零點(diǎn)與最大載荷之間的量程。首先應(yīng)計(jì)算衡器在最大工作溫度范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的電纜電阻變化：

DRTemp = Rcable ×a × (Tmax – Tmin)

其中：DRTemp—— 最大工作溫度范圍所對(duì)應(yīng)的電纜電阻變化（單位為Ω）；

Rcable ——單股電纜電阻值，Rcable = (r ×L) / A

其中：ρ ——材料的電阻率（例如銅：ρcopper = 0.0175Ωmm2/m）
L—— 電纜長(zhǎng)度（單位為m）
A —— 單股電纜的橫截面（單位為mm2）
a —— 電纜材料電阻率的溫度系數(shù)1/K，例如：銅α=0.0039 1/K
Tmax – Tmin ——最大使用溫度范圍

5.2 電纜溫度影響引起的稱量變化

為了確定溫度對(duì)電纜影響引起的稱量變化限值，應(yīng)考慮對(duì)稱重儀表溫度試驗(yàn)的結(jié)果。溫度引起的最大稱量誤差不應(yīng)大于衡器最大允許誤差絕對(duì)值乘以pi的三分之一。

Dspan(DT) ≤ pi × mpe - Emax(DT)

其中：Dspan(DT) —— 溫度變化對(duì)電纜影響引起的稱量變化值。Dspan(DT) 必須滿足以下條件：

Dspan(DT) ≤ 1/3 (pi ×| mpe|)

如果稱重儀表不能滿足這些條件，電纜最大電阻即電纜最大長(zhǎng)度必須減少，或者必須選擇大的橫截面電纜。應(yīng)對(duì)稱重儀表與稱重傳感器或稱重傳感器接線盒之間的附加電纜（只適用于使用六線制系統(tǒng)的稱重儀表，例如反饋補(bǔ)償系統(tǒng)）做下列規(guī)定：

材料（銅、鋁等）、長(zhǎng)度（m）、截面積（mm2）、或材料（銅、鋁等）固定后規(guī)定的電纜長(zhǎng)度(m/mm2)、或每路電纜的最大電阻。

6．稱重儀表、稱重傳感器兼容性設(shè)計(jì)選型實(shí)例——汽車衡

（4）兼容性檢查（實(shí)例）

1) 稱重傳感器(LC)、稱重儀表(IND) 與衡器(WI)的準(zhǔn)確度等級(jí)

物位傳感器可分兩類：一類是持續(xù)丈量物位變更的持續(xù)式物位傳感器；另一類是以點(diǎn)測(cè)為目標(biāo)的開關(guān)式物位傳感器即物位開關(guān)。
       現(xiàn)在，開關(guān)式物位傳感器比持續(xù)式物位傳感器利用得廣。它重要用于進(jìn)程主動(dòng)把持的門限、溢流跟空轉(zhuǎn)避免等。持續(xù)式物位傳感器重要用于持續(xù)把持跟堆棧治理等方面，偶然也可用于多點(diǎn)報(bào)警體系中。上面先容多少種適用化的物位傳感器及利用。 
       1、電容式物位傳感器
       電容式物位傳感器有兩個(gè)導(dǎo)體電極（平日把容器壁作為一個(gè)電極），因?yàn)殡姌O間是氣體、流體或固體而招致靜電容的變更，因而能夠敏感物位。它的敏感元件有三種情勢(shì)，即棒狀、線狀跟板狀，其任務(wù)溫度、壓力重要受絕緣資料的限度。
       電容式物位傳感器能夠采取微機(jī)把持，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)劑敏銳度，而且存在自診斷的功效，同時(shí)可能檢測(cè)敏感元件的破壞、絕緣性的下降、電纜跟電路的毛病等，并能夠主動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)高牢靠性的信息通報(bào)。因?yàn)殡娙菔轿镂粋鞲衅鳠o機(jī)器可動(dòng)部門，且敏感元件簡(jiǎn)略，外形跟構(gòu)造的自在以年夜，操縱便利，因而，它是利用廣泛的一種物位傳感器。 
       2、浮于主動(dòng)均衡式物位傳感器
       這種傳感器經(jīng)由過程檢測(cè)均衡浮子浮力的變更來停止液位的丈量。它能夠裝備微機(jī)，使之存在自檢、自診斷跟遠(yuǎn)傳的功效，應(yīng)用它能夠高精度地丈量年夜跨度的液位。
       3、壓力式物位傳感器
       個(gè)別采取半導(dǎo)體膜盒構(gòu)造，應(yīng)用金屬片蒙受液體壓力。經(jīng)由過程封入的硅油導(dǎo)壓通報(bào)給半導(dǎo)體應(yīng)變片停止液位的丈量。因?yàn)楣虘B(tài)壓力傳感器（壓阻電橋式）機(jī)能的進(jìn)步跟微處置技巧的開展，壓力式物位傳感器的利用愈來愈廣。比年來．曾經(jīng)研制出了體積小、溫度范疇寬、牢靠性好、精度高的壓力式物位傳感器，同時(shí)，其利用范疇也一直地拓寬。 
       4、超聲波物位傳感器
       它是一種非打仗式的物位傳感器，利用范疇非常普遍。其任務(wù)道理是，任務(wù)時(shí)向液面或粉體名義發(fā)射一束超聲波，被其反射后，傳感器再接受此反射波。設(shè)聲速必定，依據(jù)聲波來回的時(shí)光就能夠盤算出傳吸器到液面（粉體名義）的間隔，即丈量出液面（粉體名義）地位。其敏感元件有二種，一種是由線圈、磁鐵跟膜形成的，另一種是由壓電式磁致伸縮資料形成的。前者發(fā)生的是10KHz的超聲波，后者發(fā)生的是20~40Khz的超聲波。超聲波的頻率愈低，跟著間隔的衰減愈小，然而反射效力也小。
       因而，應(yīng)依據(jù)丈量范疇、物位名義狀態(tài)跟四周情況前提來決議所應(yīng)用的超聲波傳感器。高機(jī)能的超聲波物位傳感器由微機(jī)把持。以緊湊的硬件停止特征調(diào)劑跟功效檢測(cè)。它能夠精確地域別旌旗燈號(hào)波跟噪聲，因而，能夠在攪拌器任務(wù)的任況下丈量物位。別的，在低溫或吹風(fēng)時(shí)也可檢測(cè)物位，特殊是能夠檢測(cè)高粘度液體跟粉狀體的物位。
       5、激光式物位傳感器
       它是一種機(jī)能精良的非打仗式高精度物位傳感器。其任務(wù)道理與超聲波物位傳感器雷同，只是把超聲波換成光波。激光束很細(xì)，作為物位傳感器時(shí)，即便物位名義極端粗拙，其反射波束也不外加寬到20mm，但這還是激光式物位傳感器能夠接受的范疇內(nèi)、激光式物位傳感器個(gè)別采取近紅外光。它是把光流發(fā)射出的激光應(yīng)用半透射反射鏡處置。一部門作為基準(zhǔn)參考旌旗燈號(hào)輸入時(shí)光變送器，另一部門經(jīng)由過程半透射反射鏡的激光經(jīng)由光學(xué)體系處置成為必定寬度的平行光束照耀在物面子上。反射波達(dá)到傳感器接受部再轉(zhuǎn)換成電旌旗燈號(hào)。
       由于從照耀到接收的時(shí)光很短，以是應(yīng)用取樣電路擴(kuò)展成毫微秒數(shù)目級(jí)，便于旌旗燈號(hào)處置，停止時(shí)光的丈量。應(yīng)用微機(jī)停止數(shù)據(jù)處置，變?yōu)閿?shù)字表現(xiàn)物位值的模仿輸出旌旗燈號(hào)，再應(yīng)用軟件檢測(cè)旌旗燈號(hào)的牢靠件，假如測(cè)定體系呈現(xiàn)毛病則報(bào)警。這種傳感器可利用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)持續(xù)鍛造安裝的砂型鐵水液位高度丈量。同時(shí)，它還能夠利用于狹小啟齒容器以及低溫、高精度的液面檢測(cè)。 
       別的，比年來跟著高科技的開展，呈現(xiàn)了數(shù)字式智能化的物位傳感器，它是一種進(jìn)步的數(shù)字式物位丈量體系。將其丈量部件技巧與微處置器的盤算功效聯(lián)合為一體，使得物位丈量儀表至把持儀表成為全數(shù)字化體系。數(shù)字式智能化物位傳感器的綜合機(jī)能指標(biāo)、現(xiàn)實(shí)丈量精確度比傳統(tǒng)的模仿式物位傳感器進(jìn)步了3－5倍。
       總之，跟著傳感器技巧的開展．物位傳感器的情勢(shì)將會(huì)多種多樣，其情勢(shì)應(yīng)以非打仗式為研制重點(diǎn)。其開展偏向是經(jīng)由過程普遍利用微機(jī)等高新電子技巧來取得片面機(jī)能的進(jìn)一步進(jìn)步，同時(shí)還要向著小型化、智能化、多功效化的偏向開展。

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