簡論地磅稱重傳感器準(zhǔn)確性原因

隨著當(dāng)前科學(xué)社會中經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，作為當(dāng)今日程生活中的稱重傳感器，已經(jīng)是人們生活的一部分，人們對這種測量部件的應(yīng)用越來越頻繁，也隨著時間的延長更加的離不開它。所以，對于地磅稱重傳感器的精確度來講，是一個使地磅稱重傳感器流行至今的重要原因，所以，在本文中，我們將根據(jù)實際的研究經(jīng)驗，對地磅稱重傳感器的來源及歷史發(fā)展的各個階段作簡要的評析，并對當(dāng)前國際上地磅稱重傳感器的技術(shù)創(chuàng)新作進(jìn)一步的探討，對地磅稱重傳感器誤差的來源及準(zhǔn)確性原因作出解釋，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供一個交流平臺。

1.地磅稱重傳感器的發(fā)展

1938 年美國加利福尼亞理工學(xué)院教授 E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工學(xué)院教授 A.Ruge（魯奇）分別同時研制出紙基絲繞式電阻應(yīng)變計，以他們名字的字頭和各有二位助手命名為 SR-4 型，由美國 BLH 公司專利生產(chǎn)。為研制應(yīng)變式負(fù)荷傳感器奠定了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。1940 年美國 BLH 公司和Revere公司總工程師 A.Thurston（瑟斯頓）利用 SR-4 型電阻應(yīng)變計研制出圓柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式負(fù)荷傳感器，用于工程測力和稱重計量，成為應(yīng)變式負(fù)荷傳感器的創(chuàng)始者。1942 年在美國應(yīng)變式負(fù)荷傳感器已經(jīng)大量生產(chǎn)，至今已有 60 多年的歷史。

經(jīng)歷了 20 世紀(jì) 70 年代的切應(yīng)力負(fù)荷傳感器和鋁合金小量程負(fù)荷傳感器兩大技術(shù)突破；80 年代稱重傳感器與測力傳感器徹底分離，制定 R60 國際建議和研發(fā)出數(shù)字式智能稱重傳感器兩項重大變革；90 年代在結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝中不斷納入高新技術(shù)迎接新挑戰(zhàn)，加速了稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展。1973年美國學(xué)者霍格斯特姆為克服正應(yīng)力負(fù)荷傳感器的固有缺點(diǎn)，提出不利用正應(yīng)力，而利用與彎矩?zé)o關(guān)的切應(yīng)力設(shè)計負(fù)荷傳感器的理論，并設(shè)計出圓截工字形截面懸臂剪切梁型負(fù)荷傳感器。打破了正應(yīng)力負(fù)荷傳感器的一統(tǒng)天下，形成了新的發(fā)展潮流。這是負(fù)荷傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計的重大突破。

2.地磅稱重傳感器的技術(shù)創(chuàng)新

20 世紀(jì) 70 年代初中期，美、日等國的衡器制造公司開始研發(fā)商業(yè)用電子計價秤，急需小量程負(fù)荷傳感器。傳統(tǒng)的正應(yīng)力和新研制的切應(yīng)力負(fù)荷傳感器都不能實現(xiàn)幾千克至幾十千克量程范圍內(nèi)的測量。美國學(xué)者查特斯提出用低彈性模量的鋁合金做彈性體，采用多梁結(jié)構(gòu)解決靈敏度和剛度這對矛盾。設(shè)計出小量程鋁合金平行梁型負(fù)荷傳感器，同時指出平行梁負(fù)荷傳感器是基于不變彎矩原理，使利用平行梁表面彎曲應(yīng)力的正應(yīng)力結(jié)構(gòu)，具有切應(yīng)力負(fù)荷傳感器的特點(diǎn)，為平行梁結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳感器的設(shè)計與計算奠定了理論基礎(chǔ)，形成了又一個發(fā)展潮流。蠕變是電阻應(yīng)變計和鋁合金負(fù)荷傳感器經(jīng)常遇到和必需解決的關(guān)鍵問題。

3.地磅稱重傳感器的誤差來源與分析

地磅稱重傳感器是現(xiàn)代工業(yè)自動化當(dāng)中一種使用較為廣泛的儀器儀表之一，隸屬于力傳感器，又名力敏傳感器，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，能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號.那稱重傳感器有哪些誤差呢？總結(jié)起來大概可分為以下5點(diǎn)：

（1）環(huán)境誤差：傳感器的使用也會受溫度、擺動、震動、海拔、化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)等環(huán)境影響，這些因素極易引發(fā)環(huán)境誤差。

（2）特性誤差：這是由設(shè)備本身引起的，包括 DC 漂移值、斜面的不正確或斜面的非線形。因為畢竟設(shè)備理想的轉(zhuǎn)移功能特性和真實特性之間是會存在差距；

（3）應(yīng)用誤差：由操作而產(chǎn)生的誤差，包括探針放置錯誤、探針與測量地點(diǎn)之間不正確的絕緣、空氣或其他氣體的凈化過程中的錯誤、變送器的錯誤放置等多種操作錯誤引發(fā)的誤差；

（4）插入誤差：是由于系統(tǒng)中插入一個傳感器時，改變了測量參數(shù)而產(chǎn)生的誤差。使用了一個對系統(tǒng)過于大的變送器、系統(tǒng)的動態(tài)特性過于遲緩、系統(tǒng)中自加熱加載了過多的熱能等，都會導(dǎo)致插入誤差；

（5）動態(tài)誤差：適用于靜態(tài)條件的傳感器會具有較強(qiáng)的阻尼，從而導(dǎo)致對輸入?yún)?shù)的改變響應(yīng)較慢，甚至要數(shù)秒才能響應(yīng)溫度的階躍改變。一些具有延遲特性的稱重傳感器會在對快速改變響應(yīng)時產(chǎn)生動態(tài)誤差，響應(yīng)時間、振幅失真和相位失真都會導(dǎo)致動態(tài)誤差。

所以只要了解了稱重傳感器的誤差種類，才能正確在使用稱重傳感器的過程中避免一些錯誤操作或及時找到錯誤操作導(dǎo)致的問題，然后因地制宜地找到解決方法。

4.地磅稱重傳感器準(zhǔn)確度分析

稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級包括傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)。在選用的時候不應(yīng)該盲目追求高等級的傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準(zhǔn)確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為非線性、不重復(fù)性和滯后三項指標(biāo)的之和的均方根值略高于秤的精度。所以，對于稱重傳感器精確度的原因，我們研究到，其精確度主要是由傳感器的工作管理聯(lián)系到實際應(yīng)用而產(chǎn)生的，當(dāng)然是在傳感器的非線性、蠕變、重復(fù)性、滯后、靈敏度等技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行傳感，使用，考慮到了進(jìn)度的線性與不可重復(fù)性，對于人們的生活具有很大的影響能力。

5.總結(jié)

綜上所述，一個傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度及是否正常運(yùn)行是由該傳感器的質(zhì)量所決定的，包括制造的材料制作的工藝等等。所以，對于現(xiàn)在比較流行的稱重傳感器來，同樣是必不可少的。

所以，我們對于本文中所介紹的稱重傳感器的歷史發(fā)展過程和技術(shù)創(chuàng)新過程發(fā)現(xiàn)，做好必要的誤差分析，做好對安裝環(huán)境、操作方法、日常維護(hù)的工作，是對提高稱重傳感器精確度的基礎(chǔ)條件，同時，我們更重要的是要了解稱重傳感器的工作原理與檢測方法，這樣才可以對稱重傳感器正確使用，減少和消除稱重傳感器的故障，使稱重傳感器的準(zhǔn)確度在一定程度上得到較大方面的提升和改進(jìn)。只有這樣，將稱重傳感器的使用精度與實際應(yīng)用相聯(lián)系，考慮到一定方向的誤差來源，不確定的影響因素，才會讓人們放心的使用，提高其使用的價值，減少人們使用工程中的麻煩，為社會和人民創(chuàng)造福利。