如何正确选用小量程称重传感器
一、前言
近年来，随着市场对厨房秤、人体秤、邮资秤、手掌秤等产品需求的急剧增加，相应地促进了小量程称重传感器的产量及质量的大幅度提高，仅我公司一家的年产量就达到150万只以上。我们在售后服努过程中，发现个别客户因对传感器的性能了解的不够面，在秤体、电路设计及在传感器安装过程中未注意细节，导致传感器受损，直接影响到电子秤整杋性能，并造成不必要的损失。为了使众多客户能够结合整机性能恰当地选取传感器，在保证整机性能的基础上降低成本，提高产品品质，增强产品的竞争能力结合我公司多年的制作经验及售后服务情况，现简要介绍小量程称重传感器（主要以双孔平行梁结构为例）的一些常用性能参数的选择方法和使用注意事项，供用户了解、选用、同行商榷，不妥之处，欢迎指教。
二、传感器的一般性能指标简介、参数选用、安装与使用注意事项
1.量程（额定载荷）
适当地选取传感器的量程，有利于提高整机的性能。通常按下式进行选择：
W=（G+G0）/0.8
式中，W为传感器的量程
G为电子秤的最大秤量
G0为电子秤的托盘重量
0.8为安全系数
例如：对于最大称量为5Kg的电子秤，若托盘重量为0.5Kg，那么就应选择量程为7Kg左右的传感器（通常，最大称量为3Kg~6Kg，电子秤的托盘重量应小于0.5K，15Kg电子秤的托盘重量应小于3.5Kg）。
部分用户直接将传感器的量程选择为秤的最大称量值，此办法对于10g以上量程的电子秤而言是没有问题的，但对于10Kg以下量程则应留出余量。如果电子秤（小量程）在超载限位方面设计不当，会导致在安装、调试或客户使用过程中，因传感器超载变形而无法开机。在对传感器的四角偏载误差进行修正时，如果用户技术指标中无特别强调标定载荷，参照相关国家标准，我们是使用传感器标称值的三分之一载荷进行标定，所以未考虑托盘重量。如果没有考處这方面的因素，那么选择的传感器可能会使整机四角偏载误差偏大。
2.电阻值
目前我公司生产的传感器电阻值主要有350Ω和1000Ω两种。电阻值为1000Ω的应变计采用的材料是卡玛箔，通常使用56Ω左右的弹性模量补偿片进行补偿，因此该类传感器的输入电阻值通常为1050±10Ω，输出电阻值1000±5Ω。而对于电阻值为应变计来说，通常使用的材料是康铜箔，需45Ω左右的弹性模量补偿片对额定输出温度漂移性能进行补偿，那么该类传感器的输入电阻值通常为400±10Ω，输出电阻值为350±5Ω。
电阻值的大小选用要根据以下因素选择：（1）传感器的体积大小；（2）供电方式；（3）传感器的结构；（4）传感器的主体（弹性体）材料等。
时于350Ω的应变计来说，由于电阻值较小，耗电量大，通电后应变计自热引起的温升较高。对于类似手掌秤用传感器，由于传感器体积小、敏感区域厚度太薄（我们目前制作的量程为20g传感器的敏感区厚度仅为0.4mm左右），应变计的散热条件较差，造成传感器的零点温度漂移、额定输岀温度漂移变化较大的现象尤其突岀，而且不易控制，个别严重的传感器，在开机后零点输岀跟踪无法去除，从而影响整机称量精度。因此，般量程小于2Kg、截面较小、主要以干电池供电的传感器的电阻值一般不选用350Ω，而选用1000Ω。
我公司目前生产的小量程称重传感器，多数的电阻值为1000Ω，结构基本为双孔平行梁，量程在20g至几十公斤之间。当然也有电阻值为350Ω的，只不过传感器的截面尺寸略大，应变计外形尺寸大，量程要大一些。同时我们还推出了大阻值传感器，如：2000Ω、3000Ω，当然，电阻值越大，传感器的制作成本也相应增大。
3.输出灵敏度
输出灵敏度是指传感器在承受额定载荷时，每输入1伏电压传感器的输出值（通常用mV/V表示。
由于应变式传感器的灵敏度受应变计灵敏系数、弹性体材料应变能力（极限）和机械加工等因素的限制，通常设计为以下系列：2.0、1.8、1.5、1.2、1.0、0.5、0.4mV/V。以下传感器的灵敏度一般选用0.5mV/V左右；量程在0.5kg~2kg之间的传感器灵敏度一般选用1.0mV/V于2Kg的传感器一般灵敏度在1.2mV/V之间。
一般客户希望小量程称重传感器的灵敏度大一些，这样可以减小电路的负担，但这往往造成传感器制作上的困难。因为灵敏度越大，相应的传感器敏感区的厚度尺寸就要薄一些，而厚度尺寸有其一定的限度，它与传感器的各种精度息息相关，否则无法制作成期望精度的传感器。在实际制作上，一般传感器敏感区的厚度尺寸若小于0.5mm，在机械加工时，极易造成局部严重变形，增加机械加工成本并降低传感器的可靠性与稳定性。
同时，若要制作0.02级传感器，一次合格率将下降，使传感器的整体成本升高。解决类问题的办法有：改变传感器（弹性体）的外形尺寸或降低传感器的输出灵敏度，通提高放大电路的增益来进行补偿。
灵敏度的公差范围一般为±10%F.S.~±20%F.S.，就可以满足使用要求。虽然过灵敏度标准化的方法，可以将传感器的灵敏度控制在±0.1%F.S.之内，但这将会增加传感器的制作成本。多数用户通常还是用表中增加标定功能的方法来满足使用要求。
4.零点输出
多数人会认为传感器的零点输出越低，使用起来就越方便，甚至认为该性能指标是高质量传感器的一种标志，其实这种观点有一定的道理，但并不全面。在早期的电路中是通过调整放大器输入端的可调电阻来进行匹配，由于该方法的稳定性较差，必须要求零点输出越小越好。随着硬件和软件的发展，将可调电阻更改为固定电阻，通过软件就可以实现开机清零，因而零点输岀就不必控制在一个很小的范围之内。但是由于受到模数转换电路的限制，零点输出和满度输出的叠加值不能超出模数转换器的调整范围，零点输出也不能不加限制。因此，应主要依据以上因素综合确定零点输出范围般零点输出选用在±0.3m/V左右比较合适，对于准确度高的传感器基本上选用2%F左右，而准确度越高，传感器制作成本也会随之增加。也可依各类仪表的调整范围具体而定，没有定规。零点输出选择要以合理、经济、稳定为原则。
5.零点输出温度漂移、额定输出温度漂移
这两项指标为传感器的温度性需根据传感器的具体使用环境温度变化情况、衡器的准确度，以及仪表的温度性能而定。
对于零点温度漂移，由于大多数电子秤在实际使用过程中，环境温度变化较慢、开机时间较短，同时每次开机的零点输出均可自动跟踪并清除我们应根据秤的准确度，同时考虑传感器的补偿成本，最终选择适当的补偿准确度。传感器综合准确度在0.5%F.S左右，该性能通常为0.1%F.S/10℃；综合准确±0.1%F.S/10℃；对于准确度较低或使用环境较好（如医用婴儿秤等）则不需要对该项性能进行补偿，准确度为±0.3~0.8‰F.S/10℃。
额定输出温度漂移是由于弹性体材料的弹性模量随温度变化而变化，从而导致传感的输出灵敏度随温度变化。该性能属系统误差，当弹性体材料、传感器结构、应变计及制作工艺一定时，只需在传感器的输入端串接电阻温度系数较大的补偿电阻进行补便可以较容易地控制在一定范围。我公司目前对一般准确度传感器的额定输岀温度漂移℃范围内。若需再提高准确度，则可采用线性化补偿的方法，即用温度补偿片与固定电阻合理并联，将额定输出温度漂移调整为±0.016%。前一种比较经济，适于非标准的0.02‰.S准确庋的传感器，而且目前绝大部分小量程采用这种方式进行补偿。
6.四角偏载误差
对于一般准确度传感器的四角偏载误差修正，传感器制造商基本上采用与客户的实秤盘大小相同的工裝进行修正，客户只需将传感器与仪表配套安装，基本可以达到使用准确度。由于传感器在重新安装后，四角偏载误差会发生变化，所以对于准确度较高的电子秤，还需要客户在传感器安装后，再次进行适量的锉修调整。因此，在秤体设时，应注意预留偏载误差调修空间。
影响四角偏载误差的主要因素有：（1）传感器的量程是否选择恰当；（2）安装力矩大小；（3）秤体底盘的刚性；（4）秤盘大小等。
在实际修正时，一般在正常激励电压下，按满量程的1/3重量加载进行修正，锉修应上下均匀，以免局部锉修量太大而导致应力集中而景传感器的零点输出性能。
7.传感器的安装使用
在返厂的传感器中，及在用户生产现场，我们发现有较多故障是因用户使用或安装不当而引起传感器报废，为双方带来不必要的损失。具体表现为（依数量多少排序）：传感器严重变形，安装螺纹孔损坏，零点输出超差，传感器断线、掉线等。具体分析如下：
1）传感器严重变形：一般因安装工装设计不合理、工装使用不当、安装工具力矩过大、螺纹孔底径小、螺钉质量差等原因造成。也有部分原因是由于过载保护装置不合理，传感器在安装、调试过程中或成品秤的包装固定方法欠佳，在运输和跌落试验中传感器受到超过几倍量程的载荷或冲击而损坏。如果进行认真整改肯定有较大改观，我们通过对客户的走访及现场纠正，已经收到很好效果。
2）装螺纹孔损坏：原因有操作不当、工装不合理、螺纹孔内有杂物、螺钉质量差、多次安装等。
3）零点输出超差：补偿丝在安装或运输过程中受挤压、安装工装设计不合理、使用工具力矩过大、传感器制造工艺不完善、传感器变形、传感器受到严重超载或冲击、使用环境差〔酸、碱、潮湿）、传感器稳定性差等。
4）传感器断线、掉线：在传感器包装、安装、运输等过程中造成。使用传感器时应做到轻拿轻放、仔细安装，同时应规范裝配现场，避免半成品乱堆乱放。
以上不良品表现其实有内在关联，只要供需双方在定货前认真进行协商，对可能出的问题提前进行预防，并正确进行安装和使用，可大大减少传感器在使用过程中的利因素，消除衡器厂家在生产、包装、运输等过程中产生故障的可能性
三、结束语
本文着重介绍了小量程称重传感器在选用及制作上，需要确定的一些基本性能指或参数，及在使用和安装中应注意的问题，对于正确选用及制作小量程称重传感器提供考。因笔者水平有限，文章某些方面可能与同行意见相左，敬请各位赐教。
文章来源：中国衡器网
文章作者：郑恺 刘建群
