地磅称重传感器技术参数解读

  两个参数来设计称重器，并列举了两个实例，单只传感器和四只传感器的应用。并论证了用

  称重传感器的品质决定了地磅的精度和可靠性。所以说称重传感器是称重系统的心脏。地磅特别是贸易用的衡器，都是属于国家强制检定的计量器具，所以无论是使用何种原理的称重传感器所制造的衡器，都一定要满足国家标准或标准。但至今除应变式称重传感器有依照非自动衡器规则来制定的标准和检定规程，还没有别的类型的称重传感器有与之相类似的标准和检定规程。幸运的是，现在使用的衡器百分之九十左右都是使用应变式传感器庆平除外。这对个人会使用应变传感器来设计和制造衡器带来了很大的方便。本文主要讨论应变式传感器技术参数的有关问题。

  为了便于了解应变式传感器与电子衡器间的关系，即R60和R76间的关系，先粗略地介绍一下有关历史。

  1938年Simmons和Ruge发明了应变计，用来测量应变，大多数都用在军工和工程方面。到1966年PTB发表了将应变传感器用于机电结合称重装置的文章，此时传感器的精度已达到0.1%,并通过了产品认证。1976年PTB发表了应变式传感器首次试验检定的文章，该检定是根据称重机IR3 OIML规则和71/316/EEC欧洲指令。然而此时是根据应变式力传感器的技术指标来试验。它与衡器的计量要求和技术指标之间有差异和不同要求。特别是之后电子衡器的迅速发展、应变式力传感器单项的技术指标与非自动衡器用分段阶梯的大允许误差限间存在根本性的差异。迫切地需要制定能与非自动衡器计量要求和技术方面的要求相适应的称重传感器的标准和计量检定规程。从上世纪八十年代初，OIML组织就着手编制适于非自动衡器的称重传感器建议和适用电子衡器的非自动衡器建议，即R60和R76号建议。1992年版的R76号建议（包括1994的修订本的基本规则是非自动衡器计量称重要求的版本。R60在1991年、1993年发布了包括有计算程序和试验报告的建议。该建议是根据R76号建议的计量要求和技术方面的要求专门制定的适用于衡器要求的传感器的建议。并在1995年巴黎召开的eighing Towards the Year 2000?的会上进行了首次修改，并由PTB的以题为Reflections on NAMIs Module ?Load Cell的文章对R60的内容做了讲释，这篇文章对我们不难发现R60以及与R76间的关系很有帮助。之后的修定版本，在基本原则上没有改变。

  R60的计量要求是根据R76制定与R76样 也是分为四个精度级别，A、B、C或D与非自动衡器的四个级别I、II、III或IV相对应。对传感器大允许误差的分量系数PiC=0.7他可选定在0.3〜0.8范围内，三级和四级秤和与之对应的C级和D级传感器的误差限如表1所示。

  非线性+滞后+静态温度试验 注意此误差不包括蠕变和零点温度的影响。 传感器的误差限基本上也是根据衡器的试验程序 确定。从原则上讲，根据这样对应关系，用C3级传感器来设计三级秤可供贸易用秤是*能满足规定的要求。给设计者带来很大方便。

  由于技术进步以及微处理机在称重系统中的运用，对传感器和衡器带来了以下四个方面的新发展：

  平台秤用的单点称重传感器数字传感器多分度称重装置多范围量程称重装置。

  所以在新的R60 (2000年版中增加了对数字传感器的试验和两项非强制性的参数：相对DR或Z和相对Vmn或Y。这两个参数虽然是非强制性，但对我们设计衡器却非常重要。

  ?小检定分度值：Vmi?(kg根据OIML R60得到的Cmdkh值是以V为单位，需根据下式计算得出DR值。

  传感器的检定分度数：ni?=E_/V衡器的检定分度数：n=Mx/e传感器额定量程：丑腿、Em,?

  通常使用的衡器要求满足贸易n要求，即三级秤的要求。为此应选用C3级传感器。对于C3级传感器，当分度n=3000时，大允许误差为衡器大允许误差的Plc倍，其中mpe为衡器的大允许误差，Plc为分量系数，通常p?0.7。

  必须记住对于C3级传感器的3000分度，并不是它的大不能超过的误差限的分度数。它的大分度数如咖^3000,由DR或Z值确定，Z=E_/ (2DR和ZMxifa/e对C3级传感器。nMra值一般为3000至10000。由它决定了传感器的测量结果不超过大允许误差（m^的测量范围，可分成的大分度数nM。同时也确定了用它制造的衡器的小分度值e。

  传感器的小检定分度V?或Y也是设计衡器的重要参数。V?为温度每变化5蚓传感器零点的漂移值，HJNmn。它决定了在传感器不超过大允许误差应用限制范围内的大分度数。通常Y值比Z值大两至三倍。应注意Y与nc无关，下面是根据OIML R60文本中所举例来了解Y和Z的具体数值。

  相对Vmn或Y和相对DR或Z是设计衡器很重要的两个参数。特别是设计多量程和多分度衡器的根据。由此二参数决定所选的传感器是不是满足多量程衡器和多分度衡器的要求。

  ZS 0.4MaxMat/emin(当DR未知时双量程衡器：高Y值三量程衡器：高Y值和高Z值多分度衡器MI双分度一三分度：

  双分度衡器：高Y值和高Z值三分度衡器：高Y值和特高Z值再重复一下，Y和Z值与niC和阶梯误差限无关。下面举实例在设计多量程和多分度衡器时，怎么样确定Z和Y值。

  ?用四只3000Kg传感器设计大秤量Max=3000Kg的双分度地秤。在国外认为地秤的载荷非均匀分布值（NUI)很高。在本例中NUD=1500Kg。以保护传感器在称重过程中不被破坏。

  中国也有多量程式多分度的衡器，若不能根据传感器的Z和Y来选择正真适合的相应的传感器，是不能制造出合格的多量程和多分度衡器。国外大称量秤为多量程衡器，小称量，特别是商用秤多为多分度衡器。

  中国制造称重传感器的厂家，不太了解衡器的设计和制造、使用。对于Z和Y两个参数，对衡器的设计和制造的重要性不是很重视。衡器制造厂家，也几乎认为只要传感器达C3级就可拿来设计出优良的III级秤，实际上同为C3级的传感器，Z和Y可有很大的差异，不少C3级传感器是达不到设计多量程和多分度秤的要求。

  国内不少生产汽车衡的厂家，按照每个用户的要求、生产出4000分度的汽车衡。下面通过一系列分析看看是否有理论依据。

  mpe=姨4-e=2x 33.3Kg-PiCPlc=0.7所以传感器的大允许误差mpe=46.6Kg根据OIMLR60,上面求的静载荷输出恢复DR为在加载接近E丽时的恢复值。而衡器的零点恢复值是在大秤量值D (Max测得。通常用MDLOR表示传感器在载荷E丽下测得的静载荷输出恢复值，它与衡器载荷为D (Max测得的传感器DR值之间有以下关系。

  如表2所示。对D3级传感器，Y210000是起码的要求。再估计显示器的要求，通常显示器桥压为5V,小一位示值0.4pV/e。针对现选定的传感器，灵敏度为20mv/V, E_=100t。

  ^V/e=20mv/Vx5V50Kg/(100tx 4) =500mv/400t=1.25p V/e0.4^V/e从上述理论分析，可得出结论：用C3级传感器，能制作n=4000分度的III级秤。但是对大吨位的传感器的DR值，一般传感器生产厂没有条件测量。给设计者带来不确定性。有必要注意一下的是，对地磅之类的户外用衡器，由于风力等环境条件的影响，即使是n=3000分度的衡器，要确保测量精度也有一定问题，所以n=4000分度在户外使用的衡器欲保证测量精度就更有困难。

  中国制定传感器检定规程和标准的专家对衡器不甚了解，反之对制定衡器检定规程和标准的专家对传感器也同样不甚了解，特别表现在制定衡器的标准时，对应使用传感器的具体的计量要求和技术方面的要求没明确的规定。这表现了中国的衡器工作者在衡器基础知识和理论方面的缺失，这是中国欲成为衡器强国需要努力的重要方面。

  至今，还没有一点一种测力传感器能动摇应变传感器在称重领域的地位。然而应变传感器应怎么样发展始终是研究的问题。也曾有不少厂家试图将“应变片”直接溅射到弹性体上。但至今未见到正式批量的产品。我们也曾在这方面做过研究，发现不仅弹性体要专门设计，而且溅射后的“应变计”与原来的箔材的物理特性也有改变。原来的箔材是合金体，而现在由于是溅射变成“分 层”的。总的来说，近几十年来，应变传感器本质上没有太大改变。其改进主要体现在工艺方面和设计了能适用各种测量需要的弹性体。制定了与衡器计量要求、技术方面的要求的标准和试验方法。以便于简化对衡器的设计。值得一提的是组件式传感器的出现，可简化和便于衡器的设计和安装、调试。这也是传感器的一个明显进步，但传感器的进步始终是衡器发展的前提，因此说“称重传感器是称重系统的心脏”。

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