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傳感器的基本知識

1.1 傳感器的定義和組成

廣義地說，傳感器是指將被測量轉(zhuǎn)化為可感知或定量認識的信號的傳感器。從狹義方面講，感受被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸出信號的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路和輔助電源四部分組成，其中敏感元件和轉(zhuǎn)換元件可能合二為一，而有的傳感器不需要輔助電源。

1.2 傳感器技術(shù)的基本特性

在測試過程中，要求傳感器能感受到被測量的變化并將其不失真地轉(zhuǎn)換成容易測量的量。被測量有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，稱為靜態(tài)信號；一種是隨著時間變化的，稱為動態(tài)信號。由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器的輸入特性也不同，因此，傳感器的基本特性一般用靜態(tài)特性和動態(tài)特性來描述。衡量傳感器的靜態(tài)特性指標有線性度、靈敏度、遲滯、重復性、分辨率和漂移等。影響傳感器的動態(tài)特性主要是傳感器的固有因素，如溫度傳感器的熱慣性等，動態(tài)特性還與傳感器輸入量的變化形式有關(guān)。

2 傳感器技術(shù)的發(fā)展歷史與回顧

傳感器技術(shù)是在20世紀的中期才剛剛問世的。在那時，與計算機技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們，不少*的成果仍停留在實驗研究階段，并沒有投入到實際生產(chǎn)與廣泛應用中，轉(zhuǎn)化率比較低。在國外，傳感器技術(shù)主要是在各國不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪潮下誕生的，并在早期多用于項目的科研研發(fā)以及各國軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗研究。然而，隨著各國機械工業(yè)、電子、計算機、自動化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已在市場中逐步占有了重要的份額。

我國從20世紀60年代開始傳感技術(shù)的研究與開發(fā)，經(jīng)過從“六五”到“九五”的國家攻關(guān)，在傳感器研究開發(fā)、設(shè)計、制造、可靠性改進等方面獲得長足的進步，初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應用的體系，并在數(shù)控機床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講，它還不能適應我國經(jīng)濟與科技的迅速發(fā)展，我國不少傳感器、信號處理和識別系統(tǒng)仍然依賴進口。同時，我國傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力優(yōu)勢尚未形成，產(chǎn)品的改進與革新速度慢，生產(chǎn)與應用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進少。

檢測電路

   檢測電路的功能是把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。

  因為全橋式等臂電橋的靈敏度zui高，各臂參數(shù)*，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

2、如何選用稱重傳感器
    a.稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計電子衡器時，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。

 稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實際工作環(huán)境，這點對正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。

  傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的zui大偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

  根據(jù)經(jīng)驗，一般應使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動態(tài)軌道衡、動態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時，一般要擴大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計價秤、平臺秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

  所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。滿足整臺電子秤準確度的要求。一臺電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對傳感器準確度選擇的時候，應使傳感器的準確度略高于理論計算值，因為理論往往受到客觀條件的限制，如秤體的強度差一點，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟效益，確保達到目的。

美國Tedea-Huntleigh數(shù)字式稱重傳感器:

PDL 1040-5kg、PDL 1040-10kg、PDL 1040-15kg、 PDL 1040-20kg 、PDL 1040-50kg

(數(shù)字式)240-2kg，240-3kg，240-5kg，240-7kg，240-10kg，240-15kg，240-20kg，240-30kg，240-50kg
(數(shù)字式)9010-2kg，9010-3kg，9010-5kg，9010-7kg，9010-10kg，9010-15kg，9010-20kg，9010-30kg，9010-50kg

美國Tedea-Huntleigh稱重傳感器安裝模塊：
220 Silo Mount (5000kg、10000kg、20000kg、30000kg、50000kg )
220 Rocker Pin Mount (5000kg、10000kg、20000kg、30000kg、50000kg )
41580 Tank Mount (10000lbs、20000lbs、25000lbs、40000lbs、50000lbs、75000lbs )

美國Tedea-Huntleigh高精度稱重傳感器：
鋁制單點式稱重傳感器：1002、1004、1006、1010、1022、1023、1030、1040、1041、1042、1241、1242、1250、1260、1263、1320
S型稱重傳感器：614、615、616、619、620
不銹鋼單點式稱重傳感器：1130、1140、1142 、1240、1510
梁式稱重傳感器：3410 、3420 、3520 、3510 、4158
波紋管稱重傳感器：355
阻尼稱重傳感器：240、Digital240 、9010 、Digital 9010、1410 、1430
柱式稱重傳：120、121
輪輻式稱重傳感器：220
數(shù)字式稱重傳感器：PDL 1040

智能化傳感器是20世紀80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應用領(lǐng)域，如分布式實時探測、網(wǎng)絡探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當于是微型機與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機的硬件設(shè)備。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點：

1） 智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y的數(shù)值及其誤差進行補償，而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對非線性信號進行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號。

2） 智能化傳感器具有自診斷和自校準功能，可以用來檢測工作環(huán)境。

3） 智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測量，從而進一步拓寬了其探測與應用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對多種信號進行實時處理。

4） 智能化傳感器既能夠很方便地實時處理所探測到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲起來。

5） 智能化傳感器備有一個數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計算機進行通信聯(lián)絡和交換信息。

智能化傳感器無疑將會進一步擴展到化學、電磁、光學和核物理等研究領(lǐng)域。可以預見，新興的智能化傳感器將會在關(guān)系到*國民生的各個領(lǐng)域發(fā)揮越來越大作用。