浅谈称重传感器工作原理及故障排除

缪少勇

（博罗县质量技术监督检测所，广东 博罗 516100）

1 引言

随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。称重传感器的应用极其广泛，它早已成为计量衡器中不可缺少的关键部件，从航空、航海、电力、建筑到民用计量都离不开它；从结构上分有箱式、双弯曲梁式、桥式双剪切梁、悬臂梁式等；它形成了品种齐全、精度高、可靠性强等上百个规格的系列产品，我国从20世纪80年代广泛开发应用的梁式，双孔梁式称重传感器，在市场上投入使用批量大，是本人从事计量检定工作中遇到的质量问题最多的一项产品，因为市场需求量大，一些不法商贩认为有利可图，将一些质量不合格产品投入市场，赚取昧心钱，扰乱了社会经济秩序，给消费者造成了经济损失，人们深恶痛绝。为了使计量器具充分体现它的准确性、公正性，最大化地发挥作用。下面介绍梁式，双孔梁式的传感器技术性能及应用。

2 金属电阻应变片的应用

2.1 金属电阻应变片的构成

金属电阻应变片主要由四部分构成：①敏感栅；②基底和盖层；③粘结剂；④引线。

2.2 应变效应

金属丝的电阻为R＝P（L/S）。

式中：R：金属丝的电阻值（Ω）；

P：金属丝的电阻率（Ω/m）。

当金属丝在轴向受到压力作用时，长度缩短了△L，截面积增加△s，那么电阻值将减小△R，金属丝受作用力以后的相对电阻变化与相对长度变化之比为金属丝的应变灵敏度系数，即KO=（△R/R）/（△L/L）。

金属丝的电阻值相对变化与轴向长度的相对变化成正比，即△R/R＝K（△L/L）。

人们利用金属丝在一定受力范围内 KO为恒定量的特性制造应变敏感元件，使电阻相对变化与应变力之间呈线性关系。

2.3 金属电阻应变片的形状（见图1～图3）

图1 圆角线栅金属丝式

图2 箔式

图3 薄膜式

2.4 金属应变片的主要技术特性

灵敏度：金属丝受力后，电阻的相对变化与轴向长度相对变化系数。

横向效应：应变中的敏感栅受到纵向应力之后，直线段的电阻将增加，圆角部分减小，其综合效应使应变片灵敏度下降，此现象称为应变片的横向效应。

线性度：试件上的应变敏感元件的电阻相对变化 AR/R理论上呈线性度。

机械滞后：对贴有应变片的试件循环加载和卸载时，应变机械滞后片的AR/R与△L之间特性曲线的不重合程度称机械滞后。

热滞后：在循环改变温度中，应变片在同一温度下电阻的差值称为应变片的热滞后。

零飘：在恒温条件下，贴有应变片试件不承受载荷，应变片的电阻值随时变化的情况称应变片的零飘。

蠕变：在恒温条件下，加到贴有应变片试件上的载荷力恒定应变片的应变输出随时间变化的情况称为应变片的蠕变。

应变极限：粘贴在试件上的应变片所能测量的最大载荷力称为应变极限。

应变片的疲劳寿命：在应变极限之内往复循环地施加载荷，应变片所承受某一特定作用的循环次数为应变片的疲劳寿命。

应变片的允许电流：使用中不允许超过允许电流的数值并注意相关的条件。

应变片的绝缘电阻：应变片的引线与试件之间的电阻值称绝缘电阻。

3 称重传感器

弹性体结构不同共分为：柱式、梁式、环式。称重传感器中的梁式又分梁式、双孔梁式。

3.1 梁式称重传感器（见图4）

这种优点是结构简单，制作比较容易，灵敏度较高，不足的是稳定性较差，适用于一般的准确度测量。

图4 梁式称重传感器

图5 双孔梁式称重传感器

3.2 双孔梁式称重传感器（见图5）

说明：图5中，Wg：重力；R1、R4：受到的拉力；R2、R3：受到的压力。

这种开孔式结构弹性体刚性变好，应变反应速度快，滞后效应小，对载荷力作用点要求不严格，广泛用于小称量的电子计价称。

4 称重传感器的故障排除实例

4.1 称重载荷加到载体上时，显示屏上无重量显示

（1）无供桥电压加到称重传感电桥的输入端，测量电压输出是否正常，若电压电路有故障，排除后再做一步检查。

（2）现传感器连接电缆插座没有插好，接触不良，造成称重信号不能输入到放大器中。

（3）电桥焊点有开焊现象，电桥不工作，应排除之。

（4）传感器中有异物，电阻应变片不发生应变电阻变化，无信号输出。

4.2 未加重称重器载荷时，显示值出现零飘、不回零、跳变

（1）粘贴电阻应变片处开胶。

（2）电桥某一桥臂有虚焊现象，或某个焊点有“碰地”现象。

（3）电桥与弹性底之间绝缘电阻值下降。

（4）应变片产生的热电势过大。

4.3 称重显示值不准确

（1）弹性体被摔、碰撞、造成局部断裂，因而读数不准。

（2）某种原因造成供侨电压升高，电阻应变片过热，使应变片粘胶损坏，阻值改变。

（3）在高温或温度变化大的环境中使用，应变桥路与弹性体之间绝缘电阻下降。

（4）弹性体疲劳过度，使弹性体失去应有的应力变化。

4.4 载荷加到载体上时，显示值各不相同

（1）电阻应变片本身的特性不好。

（2）弹性体材质或许几何形状不好。

（3）粘贴剂变质，应变片粘贴不牢。

4.5 载荷加到载体上时，显示值随时间变化，载荷越大变化越大

（1）粘贴胶选用不当或老化变质。

（2）环境潮湿、粘贴层过厚或固化不良。

在检修称重传感器时，首先进行外观检查，然后逐步检测，在进行性能测试时，用万用表的×10 Ω电阻量程检查电阻应变片阻值，其阻值大约在250 Ω～500 Ω之间（不同型号的电子秤其电阻值亦不同）。需要有针对性的进行故障排除，直到恢复正常工作状态。

5 结束语

总之，以称重传感器为核心的电子衡器在实际的使用过程中引发故障的原因很多，有时几个故障可能同时出现。检查电子计价秤的称重传感器故障时，首先要对称重传感器的外观进行检查，然后对其进行逐步的测试。在了解其工作原理的基础上，认真、仔细观察、分析、测试，故障就会很快排除。