李新峰

【摘 要】通過對大型衡器傳感器的原理、構造的介紹、研究，引出大型衡器傳感器故障產生的可能原因和部位，進而對可能產生的故障采取相應的監(jiān)測、判斷等量化防范措施，最后提出傳感器監(jiān)控儀的設計構想。

【關鍵詞】大型衡器；傳感器；原理；故障原因；量化監(jiān)控；防范監(jiān)督方法；傳感器監(jiān)控儀設計

傳感器是衡器的重要組成部分，它把被稱物體的重量轉換成電信號，經過處理后顯示給用戶計量數(shù)據。可以說，傳感器是衡器稱重數(shù)據的淵源，是衡器的心臟，它的正常工作與否，直接關系到衡器計量數(shù)據的準確性和可靠性。

由于傳感器的外觀構造密閉，以及衡器的使用現(xiàn)場約束等因素的制約，我們不可能直接采用肉眼或常用工具等直觀的方法預測故障、發(fā)現(xiàn)故障、檢測故障、排除故障，這就給衡器管理工作造成了很大的盲目性。衡器傳感器的使用過程和衰變程度無法預知，很容易造成傳感器突然壞掉，衡器計量性能喪失，無法正常使用。特別是對于大型衡器，因為計量任務的繁重和傳感器安裝位置的限制，再加上材料報批、審核、采購等都需要一定的時間，這樣就給衡器的及時恢復使用造成了時間上的緊迫要求，勢必要耽誤一定量的計量任務和工作。

為了能夠及時了解和掌握大型衡器傳感器的健康狀態(tài)，做到設備故障的提前預知、健康狀態(tài)的階段掌握，我們提出探討一種能夠量化監(jiān)控大型衡器傳感器健康狀態(tài)的方法以及裝置，從而達到量化監(jiān)控大型衡器工作狀態(tài)的目的。

1.衡器傳感器的原理、構造

1.1原理

傳感器就是把非電量力值轉換成各種電參量，然后，通過電參量的測量來確定力值的器件。其工作原理示意圖如下：

圖1 傳感器工作原理示意圖

現(xiàn)在企業(yè)內部常用的傳感器是電阻應變片式稱重傳感器，這種傳感器是由彈性體和一定數(shù)量的電阻應變片組成，該電阻應變片都是用應變膠粘貼在彈性體上的，要求它和彈性體有同步應變。其工作原理為：當外力作用于傳感器的彈性體上的時候，使該彈性體產生相對形變，根據虎克定律，在彈性限度內，該外力的大小與彈性體的應變成正比，其形變使內部電橋產生電信號輸出，這樣使得輸出的電信號與外力成正比，可以用下式表示為：

W∝ε∝△R/R∝△U/U

式中：

W——外力；

ε——彈性體的應變；

△R/R——電阻應變片阻值相對變化量；

△U/U——傳感器輸出靈敏度。

其外形結構依據使用條件、工作原理的不同而存在較大的差異，現(xiàn)代企業(yè)常用的電阻應變片式稱重傳感器的外形一般如下圖所示：

圖2電阻應變片式稱重傳感器一般外型

2.衡器傳感器故障分析及方法的提出

由衡器傳感器的工作原理可知，傳感器的構造涉及到力學、電學、化學等學科，傳感器故障可能的產生原因有：

（1）由彈性體引起。

（2）由電橋及線路引起。

（3）因傳感器粘貼工藝引起。

值得注意的是：故障不管是以上哪個原因引起的，其現(xiàn)象都要通過電橋的不平衡輸出顯示出來。抓住這個特點，我們就可以尋找一種方法，有針對性的采取一種方式，把傳感器輸出信號的變化情況量化，分步驟、分階段的了解和掌握傳感器的病變過程，做到對傳感器“亞健康”狀態(tài)的掌控，從而就掌握了磅秤“心臟”的健康狀態(tài)，最終達到量化監(jiān)控衡器運行、減少材料開支和計量損失、為生產贏得時間的目的。

經驗表明：大型衡器傳感器零點輸出的大小，是由其設計質量、制作工藝的質量等條件的集中反映，而這些因素就構成了新購傳感器的潛在故障的內因。同時，這也就解釋了為什么有些新裝的未開封的傳感器計量效果不好、穩(wěn)定性較差的原因。

其實，依據傳感器零點的特性，我們可以把傳感器空磅和空載時作為一個特例，依據傳感器空磅和空載時輸出的信號變化，摸索傳感器的信號輸出變化規(guī)律，設定一定的變化標準，依次采用監(jiān)測、跟蹤、分析的方法，對衡器各個使用工況下、各個工作階段的不同狀態(tài)進行監(jiān)控，從而就達到了量化監(jiān)控衡器傳感器健康狀況的目的。這種思路特別是對于大型衡器傳感器的管理和監(jiān)控有很好的效果。

3.大型衡器傳感器健康監(jiān)測和判斷步驟

3.1監(jiān)測

（1）對傳感器空載時的監(jiān)測。

在實際稱重工況條件下，將該衡器的每只傳感器置于空載狀態(tài)，測量每只傳感器在一定激勵電壓下的輸出值，按位置編號，并做好位置對應記錄和電壓輸出記錄。此數(shù)據即為傳感器空載時的輸出值。

同時，可測量傳感器的輸入阻抗、輸出阻抗及空載輸出，并與傳感器出廠時廠家給定的值相比對，觀察數(shù)據的變化。這樣可以衡量傳感器在安裝前的健康狀態(tài)是否良好，以及可以確定傳感器使用中達到了何種亞健康狀態(tài)。

（2）對傳感器空磅時的監(jiān)測。

在實際工況條件下，在衡器承載器均與傳感器較好接觸，衡器各個工作所需的部件均在正常使用狀態(tài)下，測量該秤每只傳感器在激勵電壓下的輸出值，按位置編號填入上述記錄相應數(shù)據表格內。此數(shù)據即為傳感器空磅時的輸出值。

（3）在標準重量條件下的監(jiān)測。

在實際稱重工況條件下，在一定的標準重量（每次對應恒定的標準重量）加載的作用力下，測量每只傳感器的輸出值，按照同樣的方法把數(shù)據填入上述相應表格內。也可每次用多個標準重量值，一一進行測量，并做好對應記錄。此數(shù)據即為傳感器標重時的輸出值。具體記錄格式可參照圖3所示：

圖3傳感器監(jiān)測數(shù)據記錄表

3.2跟蹤

根據使用環(huán)境、頻次、評價狀態(tài)等具體信息，確定合適的監(jiān)測間隙，從而實現(xiàn)對每只傳感器的空磅輸出、空載輸出、標重輸出進行量化監(jiān)控。具體方法為：

（1）利用生產時間間隙，對衡器的每只傳感器的空載輸出、空磅輸出進行定期測量，如可能的話，最好在一定的標準重量下對每只傳感器的標重輸出電壓，作好記錄，并與原來的做好比較。

（2）當傳感器的空磅輸出、空載輸出、標重輸出中任何一項變化較大時，應縮短跟蹤時間間隔；如數(shù)據都比較穩(wěn)定，則可適當延長時間間隔。

（3）在計量任務比較繁重時，可采用同一載荷在秤的不同點或者不同稱量段進行自身比對，如果計量數(shù)據超過允許誤差，則再測量每只傳感器的空磅輸出、空載輸出，與原來記錄作比較，就可很容易得到亞健康狀態(tài)傳感器的位置。

（4）如發(fā)現(xiàn)了哪個傳感器確實存在了亞健康狀態(tài)的現(xiàn)象時，我們應縮小測量時間間隔，加大監(jiān)測的力度，作好記錄，做好比對，密切注意數(shù)據的變化趨勢。

3.3分析

根據以上記錄數(shù)據，結合實際生產情況，我們可以去除異常數(shù)據，而后，可以根據數(shù)據的具體變化情況，采用一定的分析統(tǒng)計方法，有針對性的確定故障的類型、故障的部位，或者預測將要發(fā)生“病變”的傳感器具體位置，以及該傳感器的實際工作狀態(tài)，從而很快找到故障傳感器，排除故障。

根據以上方法的分析結果，我們可以結合各自的生產實際狀況，結合長時間的監(jiān)測、跟蹤，找到適合于自身衡器的變化規(guī)律，再經過實際檢驗，就可以形成具有各自單位衡器管理特色的診斷指標，從而達到指導大型衡器計量工作、服務生產、節(jié)本增盈的效果。

4.傳感器監(jiān)控儀的設計構想

根據如上所述的監(jiān)測、跟蹤方法，我們可以借助于現(xiàn)代化的電子、信息、網絡等手段，設計一種可以達到監(jiān)測、跟蹤的目的，同時又不占用人力資源、可以自動報警、平時加以適當管理就可自動實現(xiàn)監(jiān)測跟蹤的效果。

設想傳感器監(jiān)控儀連接圖如下：

圖4傳感器監(jiān)控儀連接圖

如果傳感器監(jiān)控儀能夠設計成功的話，必將對現(xiàn)用的大型衡器的現(xiàn)場管理起到極大的推動作用，降低衡器管理的人力資源投入，提高設備使用中的健康透明度，提高衡器管理的前瞻性和主動性，延長衡器運行時間，量化監(jiān)控衡器運行狀態(tài)，大大降低衡器故障的排除成本。