應(yīng)變式稱重傳感器故障檢測方法及步驟

      本文對模擬稱重傳感器的定義、組成和工作原理予以簡要說明，在此基礎(chǔ)上提出稱重系統(tǒng)一些常見故障中有關(guān)傳感器部分的檢測方法和步驟。以便電子衡器生產(chǎn)和使用者對傳感器故障的
準(zhǔn)確分析和判定，提高行業(yè)產(chǎn)品綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)水平。
【關(guān)鍵詞】  
    模擬稱重傳感器  
    定義  組成和工作原理  故障  
    檢測方法  檢測說明
                                                                                   
    電阻應(yīng)變式稱重傳感器是一種將力信號轉(zhuǎn)換為電信號的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于電子稱重領(lǐng)域，自動控制和自動檢測領(lǐng)域等，是稱重和檢測系統(tǒng)的核心元器件。其定義、組成和工作原理如下： 
    定義：考慮到使用地點(diǎn)的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過把其中一種被測量（質(zhì)量）轉(zhuǎn)換成另外一種被測量（輸出）來測量質(zhì)量的力傳感器。

                         被測量（質(zhì)量）                    稱重傳感器                 輸出 

          組成：敏感元件+傳感元件+測量電路
          其中：敏感元件——彈性體；傳感元件——電阻應(yīng)變計(jì)；測量電路——惠斯登電橋
          工作原理：以金屬材料為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變計(jì)，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應(yīng)變效應(yīng)。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長或縮短）而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。如下圖所示：
                                              L             L
                             F D                                         F
                                                             d             
                                                   
          1）受力前（F=0）電阻值                              2）受力后（F＞0）電阻變化值
                R=ρ·L/S          （1）                 
                                                                                               
                                                                                           （2）        ⊿R=R·Kε    
          式中：R——金屬絲的電阻（Ω）
                                       ；                   
                                                                   式中：⊿R——電阻變化量；
                 ρ——金屬絲的電阻率（Ω*M）
                                           ；                             R——原始電阻值；

    第八屆全國稱重技術(shù)研討會                                    
 
          L——金屬絲的長度（m）；                                K——應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)；
          S——金屬絲的橫截面積（m2）（πD2/4）                  ε——軸向應(yīng)變
          D——金屬絲的直徑（m） 
    結(jié)論：金屬絲拉伸，電阻值增加； 金屬絲壓縮，電阻值減小。 
    了解上述組成及原理后不難想象：電阻應(yīng)變式傳感器故障往往會因?yàn)橐恍┤藶榛蜃匀灰蛩負(fù)p壞，比如傳感器過載，沖擊，或不小心跌落，大力拽傳感器導(dǎo)線，雷擊或大電流通過傳感器，化學(xué)腐蝕，潮氣浸蝕或高粉塵環(huán)境以及傳感器內(nèi)部的元器件的老化等。直接導(dǎo)致的后果可能是稱重系統(tǒng)漂移，顯示不穩(wěn)定或不顯示數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。下面主要介紹稱重系統(tǒng)一些常見的故障中有關(guān)傳感器部分檢測方法和步驟，供我們的廣大用戶在實(shí)際中參考應(yīng)用。 
    首先，在從稱重系統(tǒng)中拆除稱重傳感器前應(yīng)該仔細(xì)慎重地判別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳感器是否存在下列問題： 
    1）檢查是否是系統(tǒng)傳力故障，可能由于灰塵，機(jī)械部位未對準(zhǔn)，元件傳力延緩等原因，而非傳感器故障；
     2）檢查系統(tǒng)在傳力部位是否有損傷，銹蝕或者明顯的磨損；冬季應(yīng)注意傳感器傳力部位是否有結(jié)冰現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的傳力和復(fù)位；
     3）檢查系統(tǒng)的限位裝置是否工作，其間隙是否符合要求；
     4）檢查傳感器電纜線與接線盒和顯示儀表連接是否正確，有無斷線或連接導(dǎo)線接觸不良的情形；重點(diǎn)檢查總線九芯插頭及接線盒內(nèi)的接線可靠性；
     5）檢查接線盒和儀表是否有故障，尤其是接線盒中電位器和接線端子的情況；
     6）檢查傳感器是否銹蝕、受潮（特別是貼片孔區(qū)域）；傳感器電纜線的完整性；傳感器電纜線入口處的環(huán)境等。
     ※ 建議用戶配備下述的儀表設(shè)備作為檢測傳感器的必要的裝置：
     A）高性能經(jīng)校準(zhǔn)的數(shù)字萬用表（四位半以上），檢查準(zhǔn)確度能達(dá)到±0.Ω和±0.01mv, 檢查傳感器的零點(diǎn)輸出和橋路完整性；
     B）兆歐表（絕緣表），測試傳感器的絕緣阻抗。推薦量程范圍 50VDC 下測試 5000MΩ。
     一般傳感器生產(chǎn)廠家均應(yīng)按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，該產(chǎn)品詳細(xì)的技術(shù)性能數(shù)據(jù)在隨產(chǎn)品附送的合格證上，合格證上提供了詳細(xì)的輸入/輸出阻抗，絕緣阻抗，零點(diǎn)輸出，輸出靈敏度和正確的接線代碼標(biāo)識等。
     特別建議：傳感器企業(yè)要更快更準(zhǔn)確的對用戶退回的傳感器進(jìn)行分析反饋，應(yīng)需要廣大用戶的大力配合，建議通過下表形式將您在現(xiàn)場遇到的故障情況詳細(xì)做好記錄，隨產(chǎn)品或直接傳真給傳感器公司，以便對癥分析，反饋改善措施。提供如下樣表，供用戶參考。同時(shí)衡器企業(yè)也應(yīng)通過此表記錄情況對服務(wù)人員的工作情況作出一定的檢查。  
    檢測說明： 
    *步：零點(diǎn)輸出檢查 
    零點(diǎn)輸出，即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出值，所有的載荷（包括秤體、傳力件等靜載荷）都必須去掉的情況下，測試傳感器的輸出。傳感器零點(diǎn)應(yīng)該是在傳感器設(shè)計(jì)安裝使用要求的狀態(tài)下測試所得值，防止傳感器本身自重帶來的錯誤影響。傳感器應(yīng)該連接在穩(wěn)壓電源上，采用產(chǎn)品說明書或樣本中推薦使用的激勵電壓。測試紀(jì)錄傳感器的毫伏電壓輸出值，除以傳感器的激勵電壓，就得出傳感器的零點(diǎn)輸出值（mV/V 。 ）比較這個(gè)輸出值與傳感器的合格證上的數(shù)值（如果可能）或者與傳感器公司的樣本中相應(yīng)數(shù)據(jù)，即可得出傳感器的零點(diǎn)輸出是否合格的結(jié)論。 
    分析：傳感器零位*性的變化一般會因?yàn)閭鞲衅鞯某d或受瞬間沖擊導(dǎo)致。而如果傳感器的零位周期性的變化可能是由于應(yīng)變計(jì)受潮或由于其他原因?qū)е碌膬?nèi)部變化所致，當(dāng)然這種情況也可以檢測傳感器的絕緣阻抗和測試橋路電阻檢查出來。 
    第二步：測試絕緣阻抗 
    一般我們要求測試傳感器的引出線和傳感器本體（彈性體，外殼等）之間的阻抗。注意，將傳感器和接線盒以及儀表斷開。調(diào)試好絕緣測試箱（表），然后將表筆一端接傳感器的電纜線（輸出，輸入，屏蔽線等），一端接傳感器的本體（彈性體，外殼等）。一般要求，該阻抗≥5000MΩ。注意：不得使用絕緣箱的表筆測試傳感器的輸入，輸出阻抗，因?yàn)榻^緣箱的輸出電壓高于傳感器內(nèi)部電器元件的耐壓值。 
    分析：我們一般要求傳感器引出線與彈性體間的絕緣阻抗≥5000MΩ。絕緣值偏低可能是由于傳感器橋路受潮或局部橋路受損。特別低的絕緣阻抗（≤1KΩ）可能是傳感器受潮嚴(yán)重而導(dǎo)致橋路與彈性體短接或內(nèi)部連線絕緣層擊穿受損。傳感器絕緣低的直接表現(xiàn)就是傳感器輸出不穩(wěn)定，而且會隨環(huán)境條件的變化而變化，甚至受打印機(jī)的工作干擾。 
    第三步：測試橋路阻抗 
    測試橋路阻抗就是檢測傳感器橋路的完整性，檢測時(shí)，應(yīng)將傳感器同接線盒和其它測試設(shè)備斷開。輸入和輸出阻抗測試是用數(shù)字萬用表表筆依次在傳感器的輸入端頭和輸出端頭處量取阻抗值，對比測試值與產(chǎn)品的合格證的數(shù)值；橋路對稱度的確認(rèn)是指用數(shù)字萬用表量取一個(gè)輸入端同一個(gè)輸出端間的阻抗，依次量取可以得出 4 組阻抗值，在*對稱補(bǔ)償?shù)膫鞲衅髦校撍慕M阻抗值的極差值不得大于 1Ω（精度低的萬用表該值不得大于 2Ω）
                                                     。 
    分析：橋路阻抗的變化常常是由于橋路受損或斷開，電子元器件失效或內(nèi)部短路。這可能是由于大電流或電壓（雷擊或焊接電流）擊穿燒毀電橋，或者由于沖擊或震動疲勞導(dǎo)致，或者超高溫度等原因?qū)е隆?nbsp;
     第四步：測試傳感器輸出 
    將傳感器單獨(dú)接在穩(wěn)壓電源上，使用激勵電壓 10～15VDC。 將傳感器的輸出端接在毫伏表上（或?qū)⑷f用表打在直流毫伏檔），依據(jù)傳感器的安裝使用狀態(tài)，在傳感器的加載端上加載，觀測傳感器

    第八屆全國稱重技術(shù)研討會的輸出變化。 
    分析：正常情形下，傳感器應(yīng)該有一個(gè)正向的輸出。如果傳感器的輸出異常，可能是由于傳感器接線錯誤或者傳感器應(yīng)變計(jì)與彈性體基體脫落、內(nèi)部斷路等導(dǎo)致。 
    關(guān)于傳感器檢查表 
    文中向客戶提供了一份傳感器檢查表，意在指導(dǎo)我們的用戶進(jìn)行對傳感器的檢測，請盡可能按照該份表格填寫檢測內(nèi)容。一方面，傳感器公司質(zhì)量分析人員可以依據(jù)該內(nèi)容判斷用戶使用中的故障內(nèi)容，從而對用戶方的使用進(jìn)行有目的性的指導(dǎo)、幫助；另一方面，對用戶退回的產(chǎn)品，傳感器公司可以依據(jù)用戶提供的表內(nèi)信息進(jìn)行有目的的判定，以提高分析的針對性和分析效率，加快信息反饋速度。zui終希望能在雙向溝通交流中推動我們傳感器及衡器基礎(chǔ)技術(shù)的良好發(fā)展。