分析了電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)，以及由于超載導(dǎo)致傳感器損壞的故障表現(xiàn)等，提出了 對超載故障的檢查判斷要點和幾種簡易快速的維修方法。實踐證明，通過這些維修方法，能夠使許多電子秤恢復(fù)正常 工作，并為從事電子秤檢定、維修的人員提供技術(shù)參考。

1.引言

由于電子秤使用方便，隨著成本價格的不斷下 降，電子秤在生產(chǎn)、貿(mào)易等方面日漸普及，并深受廣大 用戶的歡迎。但是，由于電子秤使用了傳感器作為稱 量部件,因此在出現(xiàn)故障后維修的難度也比較大。

傳感器是電子秤的一個重要的部件,同時，傳 感器也是電子秤中一個比較容易損壞的部件，很容 易因使用不當，稱量了超過電子枰測量范圍的物件 而導(dǎo)致傳感器超載損壞。同時，由于部分電子秤生 產(chǎn)廠家為了降低成本，使用了過載能力較低的傳感 器，并且防止傳感器過載的設(shè)計過于簡單,客觀上 也造成了電子秤容易由于超載而損壞。

2.傳感器的結(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)

要判斷傳感器是否因超載造成損壞，首先要了 解傳感器的結(jié)構(gòu)原理和基本技術(shù)參數(shù)。

2.1傳感器的結(jié)構(gòu)原理

電子秤常用的傳感器一般是電阻應(yīng)變式傳感 器，基本原理就是將電阻應(yīng)變片粘貼在一個金屬的彈性體上，彈性體(彈性元件)在外力作用下產(chǎn)生彈 性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件) 也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，他的阻值將 發(fā)生變化(增大或減小）,再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這 一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流)輸出，從而 將力值信號轉(zhuǎn)換為電信號。

電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片、彈性體 和檢測電路3個部分組成。

2.1.1電阻應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片是用直徑約為0.025 mm的具有高 電阻率的電阻絲制成，如圖1所示，為獲得高的電阻值，電阻絲排列成柵網(wǎng)狀，并粘貼在絕緣的基片 上，電阻絲的兩端焊接有引出導(dǎo)線，線柵上面粘貼 有起保護作用的覆蓋層。

電阻應(yīng)變片的電阻R值可用式(1)表示：

2.1.2彈性體

用于電子秤的傳感器彈性體一般結(jié)構(gòu)形式是 剪切梁式，其工作原理是利用剪切原理，即當彈性 體受外力作用后，測量由剪切力引起的切應(yīng)力，但 切應(yīng)力本身是測量不出的，他能產(chǎn)生與工字梁中心 軸線成45°角的互相垂直的主應(yīng)力，也就是產(chǎn)生由 切應(yīng)力而引起的拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力。因此，在剪 切梁式傳感器中，是將四個電阻應(yīng)變片分別貼在工 字梁腹板的兩面，并與中心軸線成45°的互相垂直 到位置上。

2.1.3檢測電路

傳感器彈性體上的四個電阻應(yīng)變片組成一個 全橋電橋，如圖2所示。圖中，凡至札為電阻應(yīng)變 片，V為輸入電壓值，F。為輸出電壓值。當傳感器不 受載荷時，輸出電壓F。為零值;當傳感器承受載荷 時，應(yīng)變計R1、R3電阻值增加而R2、R4電阻值減少, 使電橋?qū)蔷€上產(chǎn)生與載荷成正比的不平衡輸出， 即輸出電壓F。產(chǎn)生變化，利用這一原理，就可測出 載荷值。

2.2傳感器的基本技術(shù)參數(shù)

傳感器的技術(shù)指標包括零點輸出、零點漂移、 重復(fù)性、直線度、滯后、長期穩(wěn)定性、蠕變、零點溫度 影響、輸出溫度影響、輸出靈敏度、輸人電阻、輸出 電阻、激勵電壓、安全過載范圍、極限過載范圍等。 在檢修過程中，只需要了解輸入電阻、輸出電阻等 參數(shù)就可以了。

電阻應(yīng)變式的傳感器基本是4線制的，包括兩 根電源輸人線V+和V-,兩根信號輸出線S+和S-。 電源輸入信號由一個穩(wěn)壓電路提供，一般為直流 5 V~24 V，通常用V+和V-表示。而信號輸出S+和 S-是一個mV/V的電壓信號，這個輸出信號是隨著 傳感器所受壓力變化而變化的。

國內(nèi)對傳感器連接線的顏色沒有統(tǒng)一標準規(guī) 定，常見的傳感器連接線的顏色定義為：V+紅， V-黑，S+綠，S-白，這也是大部分國產(chǎn)傳感器的線 序。也有的傳感器連接線顏色定義為V+紅，V-黑， S+綠，S-黃。

通過測量傳感器輸出電阻，也可以區(qū)分連接 線。常用傳感器的輸入電阻一般為400 歐姆左右， 輸出電阻為350歐姆左右(部分傳感器輸入電阻為 1 050歐姆左右，輸出電阻為1000歐姆左右)。這樣只要 通過萬用表就可以判斷，電阻為400歐姆左右的兩根 線是傳感器的輸入端，這也是傳感器任意測量時兩 根線之間最大的電阻，而電阻為350 歐姆左右的為輸 出端。

3.傳感器的故障判斷

3.1傳感器的故障表現(xiàn)

電子秤傳感器的極限過載范圍一般是額定載 荷的3倍左右，超過極限過載范圍后，就會對傳感 器造成損壞。電子秤超載損壞后的故障表現(xiàn)主要有以下幾種：

（1）加載到(或接近)滿量程負荷時顯示超載；

（2）正常開機后不顯示零值；

（3）開機自檢程序提示出錯，如顯示“err x”、 “E 1”‘‘F--5—-H；

(4)正常開機顯示零值后，稱量物體數(shù)值無反 應(yīng)，或者開機后顯示不歸零。

電子秤出現(xiàn)以上故障時，可以初步懷疑是傳感 器出現(xiàn)問題，在排除傳感器斷線、傳感器和儀表的 插頭接觸不良等線路故障后，就可以基本判斷是傳 感器的故障了。

3.2傳感器的故障判斷方法

（1）通過測量傳感器輸入輸出電阻值，判斷傳 感器的好壞。檢查傳感器時，首先判斷傳感器的連 接線路，對于連接在電路上的傳感器，可以用簡單 的方法進行判斷:接通電子秤電源，然后開機，使用 萬能表直流電壓檔，負極接地，正極分別測量傳感 器的4根連接線,電壓為零(接地)的是V-，電壓最 髙的是V+，電壓為V+—半的是信號輸出線S+和 S—。

一般情況下，通過測量V+和s+，v+和s-，v-和 S+，V-和S-之間的電阻，就可以基本判定傳感器是 否損壞。正常的傳感器，V+和S+，V+和S-之間的兩 個電阻相同，V-和S+，V-和S-之間的兩個電阻相 同。也就是傳感器的任意一個輸人端(V+或V-)到 兩個信號輸出端(S+和S-)的兩個電阻是相同的。 假如傳感器任意輸入端到兩個信號輸出端的兩個 電阻相差2ft以上，則說明傳感器的電橋已經(jīng)由于 超載受到損壞。

（2）通過測量傳感器的零位輸出信號，判斷傳 感器的好壞。由于傳感器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是一個電 橋，因此，理論上傳感器在沒有負載的情況下，兩個 信號端(S+和S-)的輸出信號值應(yīng)該是OmV。但實 際上由于傳感器的制造工藝問題，零位輸出信號 不可能完全為零。按照國家標準，零位輸出信號 不能大于傳感器輸出的±1%FS。例如，一個傳感 器的靈敏度是2.00 mV/V，電路的輸入電壓為10 V， 傳感器的最大輸出電壓就是2 mV/V (靈敏度）x 10V(輸人電壓)=20mV，則零位輸出信號不應(yīng)超 過士 1 %x20 mV=±0.2 mV。

檢測時,將萬用表調(diào)到20mV檔,測量傳感器 的信號輸出兩端，如果傳感器上沒有任何負載，而測 量出來的信號電壓卻遠遠超出正常零點值(0.2 mV)， 則說明傳感器已經(jīng)超載損壞了。

（3）短路法。在實際檢測過程中，對于不能正常 開機的電子秤，也可以用一個金屬鑷子直接將兩個 信號端(S+和S-)短路，然后開機，如果電子秤能夠 正常開機顯示零位，也可以基本判定是傳感器超載 損壞。其原理是通過直接短路將兩個信號端電壓調(diào) 平衡，讓程序認為傳感器正常，從而通過自檢程序。

（4）替換法。對于以上方法都不能判定的傳感 器，可以進行替換。將一個靈敏度和電阻相近的傳 感器連接到電路上，假如電子秤能夠正常開機和對 加荷有反應(yīng)，也可判定原傳感器損壞。但是由于不 同電子秤在標定時所記錄的數(shù)據(jù)不同，所以換上去 的傳感器顯示的測量數(shù)值是不正確的。替換時要注 意，如果此傳感器的型號規(guī)格不一樣，一般不要進 行重新標定或校準，否則可能造成原有程序數(shù)據(jù)丟 失無法恢復(fù)。

4.檢修方法

傳感器超載,造成的損壞從程度上可以分為兩 類，（1)彈性體嚴重損壞，從外觀可以直接觀察到彈 性體巳經(jīng)變形，內(nèi)部電阻應(yīng)變片也可能已經(jīng)斷路， 輸出端電阻值為無窮大,此類情況下傳感器已經(jīng)沒 有修復(fù)價值，建議更換；（2)彈性體沒有嚴重變 形，只是輸出電阻不平衡，或者零點輸出值過大， 這類情況一般可以用簡單的方法進行修復(fù)。根據(jù) 實際維修經(jīng)驗，傳感器超載造成無法修復(fù)的損壞情 況不多。以下介紹的維修方法主要是針對第二類 情況。

（1）重新標定。對于可以正常開機，但加載到 (或接近)滿量程負荷時顯示超載的情況,可以對電 子秤進行重新標定。由于現(xiàn)代的電子秤在軟件設(shè)計 上一般都有內(nèi)部標定程序，對于示值誤差不大的情 況下，按照說明書或廠家提供的技術(shù)資料對電子秤 進行重新標定，往往可以使電子秤恢復(fù)正常。

（2）調(diào)整電路零值電壓。由于應(yīng)變式傳感器的 零點輸出不一樣而且不太穩(wěn)定，因此許多電子秤都 會設(shè)計有調(diào)零電路。一般有兩種調(diào)整方式，(a)使用 可調(diào)電位器;(b)使用跳線開關(guān)。維修時直接調(diào)整電 位器或進行跳線就可以了。

還有部分電子秤沒有調(diào)零電路，此時需要采用 電阻補償?shù)姆椒ㄟM行調(diào)整。基本原理是將傳感器內(nèi) 部的電橋不平衡量用電阻在外部電路上進行補償， 使其信號輸出端電壓恢復(fù)到正常范圍。

某型號電子秤超載故障的檢修實例:電子秤開 機顯示測量傳感器輸入電壓為12 V，零 位輸出電壓為6.IV。而正常情況下，傳感器經(jīng)過運算放大器放大后的零位輸出電壓應(yīng) 該在電源電壓的二分之一以下，因此零位電壓應(yīng)該 在5.5 V-6.0 V之間，由此基本判斷是傳感器超載損 壞。維修方法是通過電阻補償?shù)脑?，在電路上?/span> 輸出電壓補償?shù)秸ｋ妷?。具體做法是在第一級運 算放大器的同相端對地接1個補償電阻，電阻的阻 值視零位偏移量而定，一般在1 MXi~5 MX1之間，電 阻越小，補償量越大。接上一個1 的電阻之后， 傳感器零位輸出電壓降為5.8 V，電子天平恢復(fù)正 常工作。

(3)機械加力方式。在維修工作中，部分傳感器 還可以通過機械加力的方法進行調(diào)整，即反方向超 載加力，使彈性體恢復(fù)正常位置。但必須注意，加力 的力度不能太大，否則會永久損壞傳感器,一般最 大可以加到傳感器額定負荷的2~3倍(由于傳感器 的極限負荷一般是額定負荷的2~3倍，因此最好不 要超過此值),加力過程要平穩(wěn)，而且應(yīng)該分多次加 力，并逐步加大力值，每次加力后要重新開機檢査 傳感器的狀態(tài)是否已經(jīng)恢復(fù)，避免反向超載損壞。 實踐證明，通過機械加力方式，損壞輕微的傳感器 可以恢復(fù)正常,而且非線性誤差變化不大，經(jīng)過重 新標定,可以繼續(xù)正常使用。

5.結(jié)束語

通過了解電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)原理，利用 以上的幾種檢修方法，可以較迅速地檢査傳感器的 狀態(tài)，判斷傳感器的損壞情況，并且有效地排除故障。