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稱重傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)故障問題
時間: 2024-11-02 08:55:13 瀏覽次數(shù)：
電阻應(yīng)變式稱重傳感器是一種將力信號轉(zhuǎn)換為電信號的機電元件，廣泛應(yīng)用于電子稱重領(lǐng)域，自動控制和自動檢測領(lǐng)域等，是稱重和檢測系統(tǒng)的核心元器件。其定義、組成和工作原理如下：
定義：考慮到使用地點的重力加速度(g)和空氣浮力(f)的影響后，通過把其中一種被測量(質(zhì)量)轉(zhuǎn)換成另外一種被測量(輸出)來測量質(zhì)量的力傳感器。
被測量(質(zhì)量)稱重傳感器輸出
組成：敏感元件+傳感元件+測量電路
其中：敏感元件——彈性體;傳感元件——電阻應(yīng)變計;測量電路——惠斯登電橋
工作原理：以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變計，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。如下圖所示：LDFLdF
1)受力前(F=0)電阻值2)受力后(F>0)電阻變化值
R=ρ·L/S(1)⊿R=R·Kε(2)
式中：R——金屬絲的電阻(Ω);式中：⊿R——電阻變化量;
ρ——金屬絲的電阻率(Ω*M);R——原始電阻值;
第八屆全國稱重技術(shù)研討會
L——金屬絲的長度(m);K——應(yīng)變計的靈敏系數(shù);
S——金屬絲的橫截面積(m2)(πD2/4)ε——軸向應(yīng)變
D——金屬絲的直徑(m)
結(jié)論：金屬絲拉伸，電阻值增加;金屬絲壓縮，電阻值減小。
了解上述組成及原理后不難想象：電阻應(yīng)變式傳感器故障往往會因為一些人為或自然因素?fù)p壞，比如傳感器過載，沖擊，或不小心跌落，大力拽傳感器導(dǎo)線，雷擊或大電流通過傳感器，化學(xué)腐蝕，潮氣浸蝕或高粉塵環(huán)境以及傳感器內(nèi)部的元器件的老化等。直接導(dǎo)致的后果可能是稱重系統(tǒng)漂移，顯示不穩(wěn)定或不顯示數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。下面主要介紹稱重系統(tǒng)一些常見的故障中有關(guān)傳感器部分檢測方法和步驟，供我們的廣大用戶在實際中參考應(yīng)用。
首先，在從稱重系統(tǒng)中拆除稱重傳感器前應(yīng)該仔細(xì)慎重地判別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳感器是否存在下列問題：
1)檢查是否是系統(tǒng)傳力故障，可能由于灰塵，機械部位未對準(zhǔn)，元件傳力延緩等原因，而非傳感器故障;
2)檢查系統(tǒng)在傳力部位是否有損傷，銹蝕或者明顯的磨損;冬季應(yīng)注意傳感器傳力部位是否有結(jié)冰現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的傳力和復(fù)位;
3)檢查系統(tǒng)的限位裝置是否工作，其間隙是否符合要求;
4)檢查傳感器電纜線與接線盒和顯示儀表連接是否正確，有無斷線或連接導(dǎo)線接觸不良的情形;重點檢查總線九芯插頭及接線盒內(nèi)的接線可靠性;
5)檢查接線盒和儀表是否有故障，尤其是接線盒中電位器和接線端子的情況;
6)檢查傳感器是否銹蝕、受潮(特別是貼片孔區(qū)域);傳感器電纜線的完整性;傳感器電纜線入口處的環(huán)境等。
※建議用戶配備下述的儀表設(shè)備作為檢測傳感器的必要的裝置：
A)高性能經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字萬用表(四位半以上)，檢查準(zhǔn)確度能達到±0.1Ω和±0.01mv,檢查傳感器的零點輸出和橋路完整性;
B)兆歐表(絕緣表)，測試傳感器的絕緣阻抗。推薦量程范圍50VDC下測試5000MΩ。
一般傳感器生產(chǎn)廠家均應(yīng)按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，該產(chǎn)品詳細(xì)的技術(shù)性能數(shù)據(jù)在隨產(chǎn)品附送的合格證上，合格證上提供了詳細(xì)的輸入/輸出阻抗，絕緣阻抗，零點輸出，輸出靈敏度和正確的接線代碼標(biāo)識等。
特別建議：傳感器企業(yè)要更快更準(zhǔn)確的對用戶退回的傳感器進行分析反饋，應(yīng)需要廣大用戶的大力配合，建議通過下表形式將您在現(xiàn)場遇到的故障情況詳細(xì)做好記錄，隨產(chǎn)品或直接傳真給傳感器公司，以便對癥分析，反饋改善措施。提供如下樣表，供用戶參考。同時衡器企業(yè)也應(yīng)通過此表記錄情況對服務(wù)人員的工作情況作出一定的檢查。
零點輸出，即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出值，所有的載荷(包括秤體、傳力件等靜載荷)都必須去掉的情況下，測試傳感器的輸出。傳感器零點應(yīng)該是在傳感器設(shè)計安裝使用要求的狀態(tài)下測試所得值，防止傳感器本身自重帶來的錯誤影響。傳感器應(yīng)該連接在穩(wěn)壓電源上，最好采用產(chǎn)品說明書或樣本中推薦使用的激勵電壓。測試紀(jì)錄傳感器的毫伏電壓輸出值，除以傳感器的激勵電壓，就得出傳感器的零點輸出值(mV/V)。比較這個輸出值與傳感器的合格證上的數(shù)值(如果可能)或者與傳感器公司的樣本中相應(yīng)數(shù)據(jù)，即可得出傳感器的零點輸出是否合格的結(jié)論。
分析：傳感器零位永久性的變化一般會因為傳感器的超載或受瞬間沖擊導(dǎo)致。而如果傳感器的零位周期性的變化可能是由于應(yīng)變計受潮或由于其他原因?qū)е碌膬?nèi)部變化所致，當(dāng)然這種情況也可以檢測傳感器的絕緣阻抗和測試橋路電阻檢查出來。
第二步：測試絕緣阻抗
一般我們要求測試傳感器的引出線和傳感器本體(彈性體，外殼等)之間的阻抗。注意，將傳感器和接線盒以及儀表斷開。調(diào)試好絕緣測試箱(表)，然后將表筆一端接傳感器的電纜線(輸出，輸入，屏蔽線等)，一端接傳感器的本體(彈性體，外殼等)。一般要求，該阻抗≥5000MΩ。
注意：不得使用絕緣箱的表筆測試傳感器的輸入，輸出阻抗，因為絕緣箱的輸出電壓高于傳感器內(nèi)部電器元件的耐壓值。
分析：我們一般要求傳感器引出線與彈性體間的絕緣阻抗≥5000MΩ。絕緣值偏低可能是由于傳感器橋路受潮或局部橋路受損。特別低的絕緣阻抗(≤1KΩ)可能是傳感器受潮嚴(yán)重而導(dǎo)致橋路與彈性體短接或內(nèi)部連線絕緣層擊穿受損。傳感器絕緣低的直接表現(xiàn)就是傳感器輸出不穩(wěn)定，而且會隨環(huán)境條件的變化而變化，甚至受打印機的工作干擾。
第三步：測試橋路阻抗
測試橋路阻抗就是檢測傳感器橋路的完整性，檢測時，應(yīng)將傳感器同接線盒和其它測試設(shè)備斷開。輸入和輸出阻抗測試是用數(shù)字萬用表表筆依次在傳感器的輸入端頭和輸出端頭處量取阻抗值，對比測試值與產(chǎn)品的合格證的數(shù)值;橋路對稱度的確認(rèn)是指用數(shù)字萬用表量取一個輸入端同一個輸出端間的阻抗，依次量取可以得出4組阻抗值，在完全對稱補償?shù)膫鞲衅髦?，該四組阻抗值的極差值不得大于1Ω(精度低的萬用表該值不得大于2Ω)。
分析：橋路阻抗的變化常常是由于橋路受損或斷開，電子元器件失效或內(nèi)部短路。這可能是由于大電流或電壓(雷擊或焊接電流
定義：考慮到使用地點的重力加速度(g)和空氣浮力(f)的影響后，通過把其中一種被測量(質(zhì)量)轉(zhuǎn)換成另外一種被測量(輸出)來測量質(zhì)量的力傳感器。
被測量(質(zhì)量)稱重傳感器輸出
組成：敏感元件+傳感元件+測量電路
其中：敏感元件——彈性體;傳感元件——電阻應(yīng)變計;測量電路——惠斯登電橋
工作原理：以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變計，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體(電阻絲)的電阻值隨變形(伸長或縮短)而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。如下圖所示：LDFLdF
1)受力前(F=0)電阻值2)受力后(F>0)電阻變化值
R=ρ·L/S(1)⊿R=R·Kε(2)
式中：R——金屬絲的電阻(Ω);式中：⊿R——電阻變化量;
ρ——金屬絲的電阻率(Ω*M);R——原始電阻值;
第八屆全國稱重技術(shù)研討會
L——金屬絲的長度(m);K——應(yīng)變計的靈敏系數(shù);
S——金屬絲的橫截面積(m2)(πD2/4)ε——軸向應(yīng)變
D——金屬絲的直徑(m)
結(jié)論：金屬絲拉伸，電阻值增加;金屬絲壓縮，電阻值減小。
了解上述組成及原理后不難想象：電阻應(yīng)變式傳感器故障往往會因為一些人為或自然因素?fù)p壞，比如傳感器過載，沖擊，或不小心跌落，大力拽傳感器導(dǎo)線，雷擊或大電流通過傳感器，化學(xué)腐蝕，潮氣浸蝕或高粉塵環(huán)境以及傳感器內(nèi)部的元器件的老化等。直接導(dǎo)致的后果可能是稱重系統(tǒng)漂移，顯示不穩(wěn)定或不顯示數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。下面主要介紹稱重系統(tǒng)一些常見的故障中有關(guān)傳感器部分檢測方法和步驟，供我們的廣大用戶在實際中參考應(yīng)用。
首先，在從稱重系統(tǒng)中拆除稱重傳感器前應(yīng)該仔細(xì)慎重地判別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳感器是否存在下列問題：
1)檢查是否是系統(tǒng)傳力故障，可能由于灰塵，機械部位未對準(zhǔn)，元件傳力延緩等原因，而非傳感器故障;
2)檢查系統(tǒng)在傳力部位是否有損傷，銹蝕或者明顯的磨損;冬季應(yīng)注意傳感器傳力部位是否有結(jié)冰現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的傳力和復(fù)位;
3)檢查系統(tǒng)的限位裝置是否工作，其間隙是否符合要求;
4)檢查傳感器電纜線與接線盒和顯示儀表連接是否正確，有無斷線或連接導(dǎo)線接觸不良的情形;重點檢查總線九芯插頭及接線盒內(nèi)的接線可靠性;
5)檢查接線盒和儀表是否有故障，尤其是接線盒中電位器和接線端子的情況;
6)檢查傳感器是否銹蝕、受潮(特別是貼片孔區(qū)域);傳感器電纜線的完整性;傳感器電纜線入口處的環(huán)境等。
※建議用戶配備下述的儀表設(shè)備作為檢測傳感器的必要的裝置：
A)高性能經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字萬用表(四位半以上)，檢查準(zhǔn)確度能達到±0.1Ω和±0.01mv,檢查傳感器的零點輸出和橋路完整性;
B)兆歐表(絕緣表)，測試傳感器的絕緣阻抗。推薦量程范圍50VDC下測試5000MΩ。
一般傳感器生產(chǎn)廠家均應(yīng)按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，該產(chǎn)品詳細(xì)的技術(shù)性能數(shù)據(jù)在隨產(chǎn)品附送的合格證上，合格證上提供了詳細(xì)的輸入/輸出阻抗，絕緣阻抗，零點輸出，輸出靈敏度和正確的接線代碼標(biāo)識等。
特別建議：傳感器企業(yè)要更快更準(zhǔn)確的對用戶退回的傳感器進行分析反饋，應(yīng)需要廣大用戶的大力配合，建議通過下表形式將您在現(xiàn)場遇到的故障情況詳細(xì)做好記錄，隨產(chǎn)品或直接傳真給傳感器公司，以便對癥分析，反饋改善措施。提供如下樣表，供用戶參考。同時衡器企業(yè)也應(yīng)通過此表記錄情況對服務(wù)人員的工作情況作出一定的檢查。
零點輸出，即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出值，所有的載荷(包括秤體、傳力件等靜載荷)都必須去掉的情況下，測試傳感器的輸出。傳感器零點應(yīng)該是在傳感器設(shè)計安裝使用要求的狀態(tài)下測試所得值，防止傳感器本身自重帶來的錯誤影響。傳感器應(yīng)該連接在穩(wěn)壓電源上，最好采用產(chǎn)品說明書或樣本中推薦使用的激勵電壓。測試紀(jì)錄傳感器的毫伏電壓輸出值，除以傳感器的激勵電壓，就得出傳感器的零點輸出值(mV/V)。比較這個輸出值與傳感器的合格證上的數(shù)值(如果可能)或者與傳感器公司的樣本中相應(yīng)數(shù)據(jù)，即可得出傳感器的零點輸出是否合格的結(jié)論。
分析：傳感器零位永久性的變化一般會因為傳感器的超載或受瞬間沖擊導(dǎo)致。而如果傳感器的零位周期性的變化可能是由于應(yīng)變計受潮或由于其他原因?qū)е碌膬?nèi)部變化所致，當(dāng)然這種情況也可以檢測傳感器的絕緣阻抗和測試橋路電阻檢查出來。
第二步：測試絕緣阻抗
一般我們要求測試傳感器的引出線和傳感器本體(彈性體，外殼等)之間的阻抗。注意，將傳感器和接線盒以及儀表斷開。調(diào)試好絕緣測試箱(表)，然后將表筆一端接傳感器的電纜線(輸出，輸入，屏蔽線等)，一端接傳感器的本體(彈性體，外殼等)。一般要求，該阻抗≥5000MΩ。
注意：不得使用絕緣箱的表筆測試傳感器的輸入，輸出阻抗，因為絕緣箱的輸出電壓高于傳感器內(nèi)部電器元件的耐壓值。
分析：我們一般要求傳感器引出線與彈性體間的絕緣阻抗≥5000MΩ。絕緣值偏低可能是由于傳感器橋路受潮或局部橋路受損。特別低的絕緣阻抗(≤1KΩ)可能是傳感器受潮嚴(yán)重而導(dǎo)致橋路與彈性體短接或內(nèi)部連線絕緣層擊穿受損。傳感器絕緣低的直接表現(xiàn)就是傳感器輸出不穩(wěn)定，而且會隨環(huán)境條件的變化而變化，甚至受打印機的工作干擾。
第三步：測試橋路阻抗
測試橋路阻抗就是檢測傳感器橋路的完整性，檢測時，應(yīng)將傳感器同接線盒和其它測試設(shè)備斷開。輸入和輸出阻抗測試是用數(shù)字萬用表表筆依次在傳感器的輸入端頭和輸出端頭處量取阻抗值，對比測試值與產(chǎn)品的合格證的數(shù)值;橋路對稱度的確認(rèn)是指用數(shù)字萬用表量取一個輸入端同一個輸出端間的阻抗，依次量取可以得出4組阻抗值，在完全對稱補償?shù)膫鞲衅髦?，該四組阻抗值的極差值不得大于1Ω(精度低的萬用表該值不得大于2Ω)。
分析：橋路阻抗的變化常常是由于橋路受損或斷開，電子元器件失效或內(nèi)部短路。這可能是由于大電流或電壓(雷擊或焊接電流
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