隨著技術的進步,由稱重傳感器制作的電子衡器已廣泛地應用到各行各業(yè),實現(xiàn)
了對物料的快速、準確的稱量，特別是隨著微處理機的出現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)過程自動
化程度化的不斷提高，稱重傳感器已成為過程控制中的一種必需的裝置，從以前
不能稱重的大型罐、料斗等重量計測以及吊車秤、汽車秤等計測控制，到混合分
配多種原料的配料系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝中的自動檢測和粉粒體進料量控制等，都應用
了稱重傳感器，目前，稱重傳感器幾乎運用到了所有的稱重領域。
1．高速定量分裝系統(tǒng)
本系統(tǒng)由微機控制稱重傳感器的稱重和比較，并輸出控制信號，執(zhí)行定值稱量，
控制外部給料系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，實行自動稱量和快速分裝的任務。
系統(tǒng)采用MCS-51 單片機和V/F 電壓頻率變換器等電子器件，其硬件電路框圖
如圖1 所示，用8031 作為中央處理器，BCD 拔碼盤作為定值設定輸入器，物
料裝在料斗里，其重量使傳感器彈性體發(fā)生變形，輸出與重量成正比的電信號，
傳感器輸出信號經(jīng)放大器放大后，輸入V/F 轉(zhuǎn)換器進行A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成的頻
率信號直接送入8031 微處理器中，其數(shù)字量由微機進行處理。微機一方面把物
重的瞬時數(shù)字量送入顯示電路，顯示出瞬時物重，另一方面則進行稱重比較，開
啟和關閉加料口、放料于箱中等一系列的稱重定值控制。
圖1 原理框圖
在整個定值分裝控制系統(tǒng)中，稱重傳感器是影響電子秤測量精度的關鍵部件，選
用GYL-3 應變式稱重測力傳感器。四片電阻應變片構成全橋橋路，在所加橋壓
U 不變的情況下，傳感器輸出信號與作用在傳感器上的重力和供橋橋壓成正比，
而且，供橋橋壓U 的變化直接影響電子稱的測量精度，所以要求橋壓很穩(wěn)定。
毫伏級的傳感器輸出經(jīng)放大后，變成了0-10V 的電壓信號輸出，送入V/F 變換
器進行A/D 轉(zhuǎn)換，其輸出端輸出的頻率信號加到單片機8031 定時器1 的計數(shù)、
輸入端T1 上。在微機內(nèi)部由定時器0 作計數(shù)定時，定時器0 的定時時間由要求
的A/D 轉(zhuǎn)換分辯率設定。
定時器1 的計數(shù)值反映了測量電壓大小即物料的重量。在顯示的同時，計算機還
根據(jù)設定值與測量值進行定值判斷。測量值與給定值進行比較，取差值提供PID
運算，當重量不足，則繼續(xù)送料和顯示測量值。一旦重量相等或大于給定值，控
制接口輸出控制信號，控制外部給料設備停止送料，顯示測量終值，然后發(fā)出回
答令，表示該袋裝料結束，可進行下袋的裝料稱重。
圖2 所示為自動稱重和裝料裝置。每個裝料的箱子或袋子沿傳送帶運動，直到裝
有料的電子稱下面，傳送帶停止運動，電磁線圈2 通電，電子稱料斗翻轉(zhuǎn)，使料
全部倒入箱子或袋子中，當料倒完，傳送帶馬達再次通電，將裝滿料的箱子或袋
子移出，并保護傳送帶繼續(xù)運行，直到下一次空袋或空箱切斷光電傳感器的光源，
與此同時，電子稱料箱復位，電磁線圈1 通電，漏斗給電子秤自動加料，重量由
微機控制，當電子秤中的料與給定值相等時，電磁線圈1 斷電，彈簧力使漏斗門
關上。裝料系統(tǒng)開始下一個裝料的循環(huán)。當漏斗中的料和傳送帶上的箱子足夠多
時，這個過程可以持續(xù)不斷地進行下去。必要時，工作人員可以隨時停止傳送帶，
通過拔碼盤輸入不同的給定值，然后再啟動，即可改變箱或袋中的重量。
2．傳感器在商用電子秤中的應用
目前，商用電子計價秤的使用非常普及，逐漸會取代傳統(tǒng)的桿稱和機械案秤。電
子計價秤在秤臺結構上有一個顯著的特點：一個相當大的秤臺，只在中間裝置一
個專門設計的傳感器來承擔物料的全部重
圖3 計價秤內(nèi)部結構示意圖
量，如圖3 所示。常用的電子計價秤傳感器的結構如圖4 所示，其中圖4（a）
為雙連橢圓孔彈性體，秤盤用懸臂梁端部上平面的兩個螺孔緊固；圖4（b）為
梅花型四連孔彈性體，秤盤用懸臂梁端部側(cè)面的三個螺孔堅固，中間支桿上粘貼
補償用的應變片。這兩種形式的傳感器，在計價秤中用得最多。圖4（c）為三
梁式彎曲彈性體，采樣彎曲應力，對重量反應敏感，宜用來制作小稱量計價秤。
圖4（d）為三梁式剪切彈性體，采樣中間敏感梁的剪切應力，宜用來制作幾百
公斤稱量范圍計價秤。
圖4 計價秤用彈性體結構
用這些復梁型高精度傳感器來支承一個大的稱重平臺，被稱重物又可能放置在任
何稱臺的任意位置上，必然會產(chǎn)生四角示值誤差，對圖4（a），（b）兩種結構
形式的傳感器，可通過銼磨的形式進行角差修正。對圖4(c)，(d)，它有上下兩
根局部削弱的柔性輔助梁，使傳感器對側(cè)向力、橫向力和扭轉(zhuǎn)力矩具有很強的抵
抗能力，可以通過銼磨輔助梁的柔性部位來調(diào)整傳感器的靈敏系數(shù)和四角誤差。
圖5 為一種商用電子計價秤的電路框圖。傳感器采用的是圖4（b）所示的梅花
型四連孔結構，該秤具有置零、自動清除單價、零位自動跟蹤、自動去皮、次數(shù)
累計和金額累計、打印輸出等功能，7 段綠色熒光數(shù)碼管顯示，使用十分方便。
圖5 電子計價秤的電路框圖
圖6 是采用CHBL3 型號S 型雙連孔彈性體稱重傳感器制作的便攜式家用電子手
提秤的原理圖，由稱重傳感器、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換和液晶顯示四部分組成。圖
中，E 為9V 的疊層電池，R1-R4 是稱重傳感器的4 個電阻應變片，R5、R6 與
W1 組成零點調(diào)整電路。當載荷為零時，調(diào)節(jié)RW1 使液晶顯示屏顯示為零。A1，
A2 為雙運放集成電路LM358 中的兩個單元電路，組成了一個對稱的同相放大
器，A/D 轉(zhuǎn)換器采用ICL7106 雙積分型A/D 轉(zhuǎn)換器，液晶顯示采用31/2 液晶
顯示片。該電子秤精度高，簡單實用，攜帶方便。
稱重傳感器是一種高精度的傳感器，必須按規(guī)定的規(guī)格使用。若不按規(guī)定的規(guī)格
使用，不僅不能發(fā)揮稱重的作用，而且容易損壞，尤其是絕對不準超過負荷安全
值使用。
圖6 手提秤的電路框圖
對于因溫度變化對橋接零點和輸出，靈敏度的影響，即使采用同一批應變片，也
會因應變片之間稍有溫度特性之差而引起誤差，所以對要求精度較高的傳感器，
必須進行溫度補償，解決的方法是在被粘貼的基片上采用適當溫度系數(shù)的自動補
償片，并從外部對它加以適當?shù)难a償。
非線性誤差是傳感器特性中最重要的一點。產(chǎn)生非線性誤差的原因很多，一般來
說主要是由結構設計決定，通過線性補償，也可得到改善。
滯后和蠕變是關于應變片及粘合劑的誤差。由于粘合劑為高分子材料，其特性隨
溫度變化較大，所以稱重傳感器必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。
在露天下使用傳感器，還應考慮陽光直射產(chǎn)生的溫度影響和風壓的影響。 |
