摘要本文簡(jiǎn)要介紹了電子秤在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用，并對(duì)使用過(guò)程中傳感器的選擇進(jìn)行了深入的分析，以供同行交流和參考。 

關(guān)鍵詞稱重傳感器，電阻應(yīng)變片，標(biāo)定 

稱重檢測(cè)在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著十分重要的地位，它被廣泛用于檢斤計(jì)量、配料控制、物流運(yùn)輸、物位（液位）檢測(cè)等方面。提高稱量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)量精度對(duì)控制企業(yè)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有非常重要的意義。 

鋼鐵行業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)使用最廣泛的電子衡器通常有電子臺(tái)秤（如煉鋼系統(tǒng)的合金秤）、料斗（倉(cāng)）秤、汽車衡、軌道衡（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）、煤塔秤、稱重式鐵水液位計(jì)、配料秤、皮帶秤、螺旋秤、核子秤等。 

一般來(lái)說(shuō)，一套稱重系統(tǒng)是由秤體、稱重傳感器、重量變送器三部分組成。秤體是用來(lái)承受被稱量物體的重力，并將該力傳遞給稱重傳感器的設(shè)備，它可以是容器（倉(cāng)、罐、料斗）自身；稱重傳感器是將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為成正比的電信號(hào)；重量變送器是對(duì)來(lái)自傳感器的弱電信號(hào)進(jìn)行放大，A/D轉(zhuǎn)換及處理，并進(jìn)行顯示，標(biāo)定以及通過(guò)各種接口（如串行口/模擬量/開(kāi)關(guān)量/現(xiàn)場(chǎng)總線等）與其他設(shè)備進(jìn)行通訊和控制。稱重傳感器是系統(tǒng)中最核心的設(shè)備，從目前稱重傳感器的發(fā)展來(lái)看，電阻應(yīng)變片式傳感器因其精度較高、穩(wěn)定性好、技術(shù)成熟、性價(jià)比較高已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的主流選擇。稱重系統(tǒng)中，傳感器的選擇是最為關(guān)鍵的，要從以下幾個(gè)方面綜合考慮，以便做出合理的選擇。 

一、稱重傳感器數(shù)量及量程的選擇 

稱重傳感器數(shù)量的確定一般根據(jù)秤體的支撐點(diǎn)數(shù)確定，原則是盡可能使秤體重心與多個(gè)傳感器（支撐點(diǎn)）的幾何中心相重合。但在實(shí)際使用過(guò)程中，因?yàn)榱隙沸螤畈灰?guī)則，造成秤體重心隨料量多少而變化。對(duì)于這種情況，筆者建議采用3只傳感器，利用三點(diǎn)確定一個(gè)平面的原理，確保各傳感器受力，避免出現(xiàn)“蹺蹺板”現(xiàn)象。 

現(xiàn)場(chǎng)選擇傳感器的時(shí)候，有些人出于安全考慮，總喜歡將量程盡可能地選大，這是很不合適的。事實(shí)上，一般傳感器的過(guò)載能力都達(dá)到150%F·S（短期甚至可達(dá)300%F·S）。而且我們知道，對(duì)于同等精度的傳感器來(lái)說(shuō)，量程選擇過(guò)大的話，對(duì)正常測(cè)量所造成的誤差也會(huì)隨之增大。這對(duì)于一些添加精度要求較高的配料環(huán)節(jié)，是極為不利的。 

傳感器量程的選擇應(yīng)依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及振動(dòng)、沖擊等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定，以保證傳感器的安全和壽命。 

上圖為國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）R60《稱重傳感器》國(guó)際建議對(duì)稱量系統(tǒng)量程選擇的要求。在日常應(yīng)用中，筆者建議可按下式考慮： 

C=K0×K1×K2×K3×（Wmax+W）/N 

式中：C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax—被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2~1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。 

二、稱重傳感器特性選擇 

鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，因此稱量裝置的安裝環(huán)境也各不相同，我們必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇具有相應(yīng)特性并滿足需求的特殊稱重傳感器。 

對(duì)于鋼坯秤、輥道秤等用于高溫環(huán)境下的稱量裝置，為了避免高溫對(duì)傳感器造成焊點(diǎn)開(kāi)化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化、溫度補(bǔ)償范圍不夠等問(wèn)題，必須采用耐高溫傳感器，并須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。 

對(duì)于原料場(chǎng)以及石灰秤等高粉塵、潮濕環(huán)境，為避免絕緣下降造成傳感器零飄甚至短路損傷傳感器，應(yīng)選擇膜片熱套密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器，堅(jiān)決不能使用充填涂覆密封膠形式的傳感器。 

對(duì)于化產(chǎn)區(qū)域的稱重傳感器，考慮到腐蝕性環(huán)境對(duì)傳感器的損害，應(yīng)選擇不銹鋼材質(zhì)，抗腐蝕性能及密封性好的傳感器。對(duì)于噴煤、焦化區(qū)域的噴吹罐秤、粉倉(cāng)秤、煤塔秤等，因其所在區(qū)域?yàn)橐兹家妆h(huán)境，所以必須選用滿足相應(yīng)防爆等級(jí)的傳感器。 

三、傳感器結(jié)構(gòu)形式的選擇 

傳感器形式的選擇主要取決于載荷的類型（是否有沖擊）、精度要求、量程大小、安裝空間以及維護(hù)需要等方面。如柱式傳感器適用于汽車衡、大噸位料斗秤等；雙剪切梁式傳感器適用于大噸位汽車衡、軌道衡；懸臂梁傳感器適合于地上衡、平臺(tái)秤等；S型拉式傳感器適用于電子皮帶秤、料斗秤等；彎曲梁式傳感器適用于小噸位皮帶秤、配料秤等；軸銷式傳感器適用于軌道衡、煤塔秤等作業(yè)頻繁、檢修時(shí)間緊張的區(qū)域。 

四、傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)選擇 

對(duì)傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇必須滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)橐慌_(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，秤體強(qiáng)度、變送器特性、使用環(huán)境等因素都會(huì)直接影響到秤的準(zhǔn)確度，所以在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值（建議高30%）。 

但另一方面，如果選擇精度很高的傳感器（如C3級(jí)），投資造價(jià)又會(huì)大幅度增加。對(duì)于計(jì)量結(jié)算用的衡器，我們?cè)谶x擇傳感器時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮它的準(zhǔn)確度等級(jí)，以確保組秤后，系統(tǒng)的綜合精度優(yōu)于0.5級(jí)。對(duì)于一些需要精確稱量和自動(dòng)控制的配料系統(tǒng)，我們也必須選擇準(zhǔn)確度等級(jí)高的傳感器。而對(duì)于普通的稱重系統(tǒng)，一般來(lái)說(shuō)要求的稱量精度可能不是很高，此時(shí)我們則可以選擇準(zhǔn)確度等級(jí)不是很高的傳感器以降低投資費(fèi)用。同樣，對(duì)于大多數(shù)利用稱重法檢測(cè)物位或是液位的系統(tǒng)，傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)也沒(méi)必要選的過(guò)高。 

五、傳感器靈敏度選擇 

對(duì)傳感器靈敏度的選擇必須滿足稱重儀表輸入的要求：稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此，傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入情號(hào)大小，即將傳感器的輸出靈敏度代入傳感器和儀表的匹配公式，計(jì)算結(jié)果必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度，即對(duì)應(yīng)于每個(gè)分度值的重量，傳感器輸出信號(hào)： 

≥儀表輸入靈敏度 

式中，S：傳感器輸出靈敏度；U：激勵(lì)電源電壓； Wmax：秤的最大稱量；nmax：秤的最大分度數(shù)； N：傳感器的個(gè)數(shù)；R：傳感器量程。 

現(xiàn)場(chǎng)使用的電子秤，除吊鉤秤外，基本都采用多傳感器組秤，分為串聯(lián)和并聯(lián)組秤兩種方式。串聯(lián)方式對(duì)傳感器一致性要求較低，但線路復(fù)雜，投資較大，現(xiàn)在已經(jīng)基本不再使用。目前最為普遍的組秤方式為傳感器并聯(lián)組秤。該方式是各個(gè)傳感器的輸入端并聯(lián)，使用一個(gè)公共電源供橋，輸出也以并聯(lián)的方式工作。為分析簡(jiǎn)便起見(jiàn)，現(xiàn)以兩個(gè)傳感器的并聯(lián)工作方式介紹如下： 

設(shè)兩只傳感器的靈敏度分別為S1、S2， 橋臂電阻分別為R1、R2，供橋電壓分別為U1、U2。通過(guò)電路分析可知，這兩個(gè)傳感器并聯(lián)工作的條件是S1R1=S2R2，同理，當(dāng)n個(gè)傳感器并聯(lián)工作時(shí)可得：S1/R1=S2/R2=„=Sn/Rn。顯然，并聯(lián)工作狀態(tài)對(duì)傳感器本身的參數(shù)要求是比較高。 

鋼鐵行業(yè)中，部分生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的配料秤料斗是不規(guī)則的形狀，裝料及下料過(guò)程中，料斗的重心會(huì)隨著料量的變化而變化，因此各傳感器的載荷分布情況是變化的，如果各傳感器靈敏度不一致的話，其輸出特性顯然會(huì)與標(biāo)定時(shí)不一樣，從而帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。因此，我們?cè)谶x擇傳感器時(shí)，必須按照前文所述，盡可能地選擇參數(shù)一致性較好的傳感器，以滿足S1/R1=S2/R2=„=Sn/Rn。 

六、特殊需求 

此外，在選擇傳感器時(shí)，我們還應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)中的一些其他方面的需求：如某些場(chǎng)合，由于空間或承重結(jié)構(gòu)和能力的限制，不具備校秤的條件，則建議考慮采用數(shù)字式傳感器；因?yàn)閿?shù)字傳感器在使用過(guò)程中，重量變送器（數(shù)字秤）會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行編址和尋址操作，并將其參數(shù)信息讀入系統(tǒng)，根據(jù)其特性確定系統(tǒng)總輸出。從理論上來(lái)說(shuō)，在秤體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的情況下，更換傳感器后基本不需要重新標(biāo)定。 

再如，某些稱重系統(tǒng)在使用中受水平橫向沖擊力較大，當(dāng)其超出加載連接裝置的抗側(cè)向力或自復(fù)位能力時(shí)，必須考慮在加載連接裝置中設(shè)計(jì)、增加專門的限位裝置，或在系統(tǒng)中增加過(guò)載保護(hù)結(jié)構(gòu)。 

總之，為了確保稱重系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，并提供較高的測(cè)量精度，首要應(yīng)當(dāng)解決的就是傳感器的選擇問(wèn)題，只要我們掌握傳感器的工作原理，充分了解各種傳感器的功能特性，并充分考慮現(xiàn)場(chǎng)工藝需求，就一定能夠解決好這個(gè)問(wèn)題。

廣州眾鑫自動(dòng)化科技有限公司為您提供專業(yè)的技術(shù)顧問(wèn)，免除您的顧慮，保證正品！
廣州眾鑫積累了多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及培養(yǎng)了一支專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在稱重傳感器選型方面及應(yīng)用案例得到了廣大客戶的認(rèn)可，歡迎新老客戶來(lái)電咨詢：18520271262