張肇慶 唐力 邵帥 徐勇 車文娟 康二兵

【摘 要】隨著電子自動化中信息技術(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)大多為機械稱重系統(tǒng)，采用質(zhì)量砝碼以及杠桿實現(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，但事實上控制設(shè)備在受較大載重架偏移影響下難以有效運行，尤其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中更側(cè)重于自動化生產(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，且可采集物料流動數(shù)據(jù)，成為管理庫存與結(jié)算財務(wù)等方面的重要參考依據(jù)。對其實際應(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。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動情況下進(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)中的特點主要表現(xiàn)在能夠自動將被測力轉(zhuǎn)為電信號。同時需要注意的是為保證實現(xiàn)自動化在稱重過程中的實現(xiàn)，需要壓力傳感器在抗干擾性能、動態(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，盡管電動機啟動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)價格的優(yōu)勢較為明顯。而電子稱重系統(tǒng)中微型計算機的應(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算機中輸入，這樣計算機可將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，并利用連鎖單元啟動或關(guān)閉閥門，系統(tǒng)靈活性極強[2]。

2稱重過程中電子稱重系統(tǒng)的實際運用

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、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)用時具有一定的數(shù)字化與自動化特征，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)的補償措施進(jìn)行實現(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償作用，這樣可通過對電位器的調(diào)節(jié)補償，使輸出電壓發(fā)生一定變化，零點偏移在系統(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現(xiàn)自動化控制目標(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。實際應(yīng)用過程中需注重對壓力傳感器的實際特點與應(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，逐步實現(xiàn)稱重系統(tǒng)自動化控制目標(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)：

[1]楊天明，郭明智，游紅偉.壓力傳感器在稱重過程中的應(yīng)用[J].河南科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，10（04）：72-75.

[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.

[3]劉明哲.銅包裝自動生產(chǎn)線配重系統(tǒng)的稱重及計量精度研究[D].蘭州理工大學(xué)，2010.