張肇慶 唐力 邵帥 徐勇 車文娟 康二兵

【摘 要】隨著電子自動(dòng)化中信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，要求充分發(fā)揮傳感技術(shù)在信號控制與獲取方面的作用。其中以壓力傳感器的應(yīng)用較為明顯，其在許多工行業(yè)領(lǐng)域或商用稱重系統(tǒng)中都有涉及，是促進(jìn)稱重系統(tǒng)自動(dòng)化控制程度提高的重要保障。本文主要對壓力傳感器的基本概述、稱重系統(tǒng)中壓力傳感器的具體應(yīng)用進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】壓力式傳感器 稱重系統(tǒng) 電子應(yīng)變片式壓力傳感器

以往工業(yè)領(lǐng)域中常用的稱重系統(tǒng)大多為機(jī)械稱重系統(tǒng)，采用質(zhì)量砝碼以及杠桿實(shí)現(xiàn)稱重的目標(biāo)。盡管這種方式即使在不同引力狀態(tài)下無需進(jìn)行校準(zhǔn)值的更改，但事實(shí)上控制設(shè)備在受較大載重架偏移影響下難以有效運(yùn)行，尤其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中更側(cè)重于自動(dòng)化生產(chǎn)，這就要求稱重過程中充分利用稱重傳感器，以電阻應(yīng)變片式為典型代表，對生產(chǎn)效率的提高具有極其重要的作用。

1壓力傳感器的基本概述

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中追求現(xiàn)代化與自動(dòng)化的背景下，要求注重對壓力信號進(jìn)行采集并反饋以完成壓力控制過程。此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)便需引入壓力傳感器使壓力信號向電信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其中的電信號在控制方面具有自動(dòng)化特征。而其中的壓力控制裝置便是現(xiàn)代工業(yè)物料流動(dòng)中常用的電子稱重系統(tǒng)，其作用在于優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)過程，且可采集物料流動(dòng)數(shù)據(jù)，成為管理庫存與結(jié)算財(cái)務(wù)等方面的重要參考依據(jù)。對其實(shí)際應(yīng)用可從以下兩方面進(jìn)行概括。

（1）稱重系統(tǒng)中壓力傳感器的主要特點(diǎn)。靜態(tài)稱重系統(tǒng)下壓力傳感器的應(yīng)用多集中在如飛機(jī)或火車等方面，在吊車秤或軌道衡中的應(yīng)用較為常見，能夠?qū)︿撳V或板坯的重量進(jìn)行確定。而動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)內(nèi)壓力傳感器的應(yīng)用主要指車輛保持運(yùn)動(dòng)情況下進(jìn)行稱重，集中在雙秤臺系統(tǒng)或駝峰稱重等范圍內(nèi)。在配料稱重系統(tǒng)內(nèi)壓力傳感器的應(yīng)用則體現(xiàn)在如食品行業(yè)、煉鋼領(lǐng)域或塑料工業(yè)領(lǐng)域中。另外在其他許多物料流量控制或技術(shù)系統(tǒng)等方面涉及的計(jì)數(shù)秤、皮帶秤等稱重系統(tǒng)中也有涉及。由此可總結(jié)稱重傳感器在電子稱重系統(tǒng)中的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在能夠自動(dòng)將被測力轉(zhuǎn)為電信號。同時(shí)需要注意的是為保證實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在稱重過程中的實(shí)現(xiàn)，需要壓力傳感器在抗干擾性能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等方面具備足夠的優(yōu)勢且可在檢測系統(tǒng)的作用下使信號能夠顯示并進(jìn)行存儲[1]。

（2）電子稱重系統(tǒng)的概述。電子稱重系統(tǒng)的應(yīng)用側(cè)重于利用稱重傳感器使機(jī)械力向電氣量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，包括磁性或電阻變化等，這樣電信號在由稱重傳感器進(jìn)行傳輸過程中會經(jīng)過電子稱重系統(tǒng)進(jìn)行處理并放大，使相關(guān)的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容現(xiàn)實(shí)與數(shù)字顯示其中，或者直接在電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中體現(xiàn)出來。對電子稱重系統(tǒng)的分析可從分離元件與微機(jī)控制兩方面進(jìn)行。其中在分立元件方面，在電子稱重系統(tǒng)執(zhí)行控制作用的線路在利用微處理機(jī)前，系統(tǒng)稱重準(zhǔn)確度主要受電源或其他起器件如放大器等影響。在微機(jī)控制方式下，電子稱重系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)的處理以及操作順序的控制只需通過軟件執(zhí)行，盡管電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器或閥門的控制等方面仍要求引用可控硅或晶體管等，但在系統(tǒng)價(jià)格的優(yōu)勢較為明顯。而電子稱重系統(tǒng)中微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，在原理上主要體現(xiàn)在通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、卡片讀入器等將重量值向計(jì)算機(jī)中輸入，這樣計(jì)算機(jī)可將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，并利用連鎖單元啟動(dòng)或關(guān)閉閥門，系統(tǒng)靈活性極強(qiáng)[2]。

2稱重過程中電子稱重系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

當(dāng)前傳感器在電子衡器中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在電阻應(yīng)變片方面，其壓力傳感器改變以往的案秤與碼盤秤。據(jù)以往學(xué)者試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)或商業(yè)領(lǐng)域中電阻應(yīng)變式的應(yīng)用所獲取的稱重值，在誤差上不足滿量程0.02%，其具體運(yùn)行原理以及應(yīng)用方式主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）電子應(yīng)變片式秤的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理。現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域或商業(yè)中應(yīng)用的電子應(yīng)變片式稱重系統(tǒng)在構(gòu)成方面，主要包括單片機(jī)、傳感器以及應(yīng)變片等方面，其傳感器通常選擇彈性傳感器，而應(yīng)變片主要以S形雙彎曲懸梁特征為主。這種電子稱重系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)具有一定的數(shù)字化與自動(dòng)化特征，不必進(jìn)行循環(huán)校準(zhǔn)，也無需考慮精度問題，同時(shí)具備許多如稱重、跟蹤以及打印等方面的功能，解決傳統(tǒng)稱重中無法自動(dòng)校正、去皮重且無法將稱重結(jié)果顯示于稱重系統(tǒng)等問題。應(yīng)用過程中的原理主要體現(xiàn)在以雙彎曲梁為主的傳感器彈性體，需保證在梁的表面出進(jìn)行應(yīng)變片的粘結(jié)，以此形成系統(tǒng)的主要電路，系統(tǒng)阻值會受荷載的作用而被拉伸或壓縮。

（2）電阻應(yīng)變片的補(bǔ)償措施。為保障稱重過程中的誤差減小，通常利用相應(yīng)的補(bǔ)償措施進(jìn)行實(shí)現(xiàn)測量精度的提高。電阻應(yīng)變片在應(yīng)用過程中往往在被控系統(tǒng)，即測量儀表以及應(yīng)變傳感器間串聯(lián)電橋，其中的電橋具有一定的補(bǔ)償作用，這樣可通過對電位器的調(diào)節(jié)補(bǔ)償，使輸出電壓發(fā)生一定變化，零點(diǎn)偏移在系統(tǒng)電壓輸出方面將被抵消，所以稱重系統(tǒng)在空載條件下，對補(bǔ)償電橋電位器的調(diào)節(jié)可保證輸出電壓為零，對此也稱其為調(diào)零電路。

（3）邏輯測量電路在電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。應(yīng)變式電子秤為在精度、抗干擾能力等方面得到進(jìn)一步提高，需要在邏輯測量電路方面進(jìn)行完善，通常在該測量電路中應(yīng)保證放大器、濾波器、調(diào)節(jié)器、顯示器以及轉(zhuǎn)換器等各部件都將發(fā)揮其應(yīng)有的功能。但單純利用這種邏輯測量電路仍難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制目標(biāo)，所以對稱重過程中對電阻應(yīng)變片系統(tǒng)中需引入微處理器，并保證其可與模擬電路兼容。其中微處理器的作用主要體現(xiàn)在解決邏輯電路無法自動(dòng)稱重以及靈活性較低的難題，只需做好關(guān)于稱重的程序編制工作便可自動(dòng)進(jìn)行處理控制稱重過程，而且對于其中的數(shù)據(jù)顯示工作、測量值的判斷、電路調(diào)零、校準(zhǔn)系統(tǒng)等方面都可自動(dòng)完成。因此這種電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)稱重過程中光柵式或機(jī)械式的稱重系統(tǒng)，具有極為明顯的優(yōu)勢[3]。

3結(jié)語

壓力傳感器在未來集成技術(shù)的不斷進(jìn)步中更側(cè)重于繼承測量線路，有利于減小稱重裝置的體積。實(shí)際應(yīng)用過程中需注重對壓力傳感器的實(shí)際特點(diǎn)與應(yīng)用原理進(jìn)行分析，充分利用電阻應(yīng)變片式稱重系統(tǒng)的主要優(yōu)勢包括補(bǔ)償措施以及邏輯測量電路的應(yīng)用等，這樣才可在屏蔽技術(shù)的作用下，逐步實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)自動(dòng)化控制目標(biāo)，且在稱重系統(tǒng)整體性能如抗干擾能力等各方面得到進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊雙收，魏秀珍，閆平.光纖壓力傳感器在稱重領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].壓電與聲光，2012，11（05）：680-683.

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