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本文作者根據(jù)自己多年經(jīng)驗(yàn)，給大家介紹了稱重傳感器和測(cè)力傳感器有哪些不同之處。

筆者認(rèn)為，測(cè)力與稱重傳感器之所以會(huì)發(fā)展成為兩大分支，主要原因是它們的用途不同，從使用角度對(duì)傳感器提出的要求區(qū)別較大．

數(shù)年前．人們并不認(rèn)真區(qū)分測(cè)力傳感器與稱重傳感器．因?yàn)閮烧叩墓ぷ髟恚Y(jié)構(gòu)，材料，制作工藝、測(cè)試方法等完全相同．往往同一個(gè)傳感器．可以用于測(cè)力，也可以用于稱重，因而將它們統(tǒng)稱為負(fù)荷傳感器(Loadcel1)．并且采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。

但是，隨著衡器技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)不能再將它們混為一談，特別是電子秤的普及和承平的提高，規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善．對(duì)用于電子秤的稱重傳感器提出越來越明確、合理．獨(dú)立的受求，1984年國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)提出了專門針對(duì)稱重傳感器計(jì)量要求和檢定程序的第60號(hào)國(guó)際建議。該建議于1984年10月由第七屆國(guó)際法制計(jì)量大會(huì)通過，1985年正式頒布。而測(cè)力傳感器由于各種使用狀態(tài)和要求差別較大，目前還難以提出一個(gè)一般測(cè)力傳感器都能通用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。

具體來說有以下幾個(gè)方面的差別：

1．誤差帶表示方法

過去，不論用于測(cè)力還是稱重的傳惑器．都采用線性、滯后，重復(fù)性等相對(duì)于滿量程誤差(％F．S．)的單項(xiàng)指標(biāo)來表征其性能。這種傳統(tǒng)的表示方法簡(jiǎn)單易行，衡量其水平高低時(shí)，直觀明了(覓圖1)。但對(duì)于電子秤畿電子測(cè)力系統(tǒng)來說，這種方法都不實(shí)用，圓為電子評(píng)或電子測(cè)力系統(tǒng)的誤差帶規(guī)律與此不同，這就使研制或生產(chǎn)電子秤和電子測(cè)力系統(tǒng)的人很難合理選用傳感器。

針對(duì)稱重傳感器專門用于電子秤．第60號(hào)國(guó)際建議中對(duì)稱重傳感器的誤差帶要求已與電子秤完全相對(duì)應(yīng)，電子秤的準(zhǔn)確度分為I、II、III、IIII級(jí)．稱重傳感器對(duì)應(yīng)分為A．B、C、D級(jí)。以最常甩的III級(jí)秤為例，其最大允許誤差見表1．它應(yīng)配用的傳感器為c級(jí)．其最大允許誤差見表2。表中的e及u均為檢定分度值

由此可見．稱重傳感器與電子秤都采用階梯形分段表示法，分段方法完全相同，而傳感器的最大允許誤差為秤的7O％。與傳統(tǒng)的傳感器單項(xiàng)指標(biāo)表示法不同之處還在于：上述階梯形誤差帶包含線性，滯后，靈敏度溫度影響三項(xiàng)指標(biāo)。此外，傳統(tǒng)的傳感器的參考直線是“端點(diǎn)連線”法，而稱重傳感器采用

“3／4點(diǎn)連線”法，即通過0點(diǎn)及進(jìn)程75％量程點(diǎn)作一直線，這兩種計(jì)算方法的結(jié)果差別很大．測(cè)力傳感器因?yàn)檫€沒有新的標(biāo)準(zhǔn)，目前仍采用傳統(tǒng)的(%F.S.)誤差表示法。然而，人們也越來越感到它與電子測(cè)力系統(tǒng)顯得不協(xié)調(diào)。因?yàn)榱χ涤?jì)量是以逐點(diǎn)的示值相對(duì)誤差(%示值)表示的(見圖3)。可以預(yù)見，待條件成熟時(shí)。測(cè)力傳感器也必須采用逐點(diǎn)的示值相對(duì)誤差．

2．準(zhǔn)確度

以傳感器滿量程點(diǎn)的準(zhǔn)確度而言，一般商用稱重傳感器為萬分之二左右。測(cè)力傳感器卻因使用場(chǎng)合不同而千差萬別，在某些復(fù)雜，惡劣的條件下，能達(dá)到百分之一就十分滿意了，而用于基準(zhǔn)測(cè)力機(jī)作力值比對(duì)的測(cè)力傳感器，則要求其特性短期(一、兩周內(nèi))復(fù)現(xiàn)性達(dá)到百萬分之幾。

3．測(cè)量范圍

一般電子秤的最大稱量為幾千克至幾十噸。而測(cè)力傳感器的量程小至幾十毫牛(幾克力)，甚至幾十微牛(幾毫克力)，大至幾十兆牛(幾千噸力)

4．量程衰減

所謂量程衰減，即對(duì)某一額定量程的傳感器，通過提高測(cè)量?jī)x表的放大倍數(shù)，使該傳感器可用來測(cè)量小載荷，并且達(dá)到足夠的分辨率和測(cè)量精度．好比桿秤變換秤紐一樣例如。額定量程為100kg的傳感器，測(cè)量100kg載荷時(shí)，分辨率為0．1kg，準(zhǔn)確度為±0．5kg，若將稱重儀表增益提高50倍，滿量程即變?yōu)?kg，分辨率也變?yōu)?．002kg。準(zhǔn)確度可達(dá)±0．01kg。

稱重傳感器一般無此要求。而用于材料試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力傳感器，要求量程衰減50倍甚至100倍。這就大大擴(kuò)展了同一傳感器的有效測(cè)量范圍，既可用來拉伸粗鋼試樣，又可用來拉仲細(xì)絲。當(dāng)然由此對(duì)傳感器起始段的特性也提出了極高的要求。

5．工作溫度

稱重傳感器一般在自然環(huán)境中使用．工作溫度范圍為一10℃一+40℃。而測(cè)力傳感器與被測(cè)對(duì)象直接相連，當(dāng)被測(cè)對(duì)象必須在極低或極高溫度下測(cè)試時(shí)，由于傳導(dǎo)，輻射、對(duì)流作用．測(cè)力傳感器也必須在較低(一1O0℃以下)或較高(+200℃)溫度下工作。

6．加載時(shí)間

電子秤的一次稱量時(shí)問約為幾分鐘，最長(zhǎng)幾小時(shí)。而有的測(cè)力傳感器連續(xù)測(cè)試時(shí)間要長(zhǎng)得多。例如疲勞試驗(yàn)，蠕變或松弛試驗(yàn)要連續(xù)進(jìn)行幾十至幾百小時(shí)，埋入水庫大壩壩基的測(cè)力傳感器，要連續(xù)測(cè)量許多年。

7．加載方向

稱重傳感器都只承受拉或壓?jiǎn)蜗蜉d荷。測(cè)力傳感器有不少場(chǎng)合要承受拉，壓雙向的交變載荷。此時(shí)．對(duì)傳感器兩個(gè)方向受力的輸出靈敏度對(duì)稱性必然要提出要求。

8．一次安裝與多次安裝。

稱重傳感器是一次安裝后整機(jī)調(diào)試，正常使用過程中不再裝拆。測(cè)力傳感器因?yàn)榕c它連接的測(cè)試對(duì)象經(jīng)常變動(dòng)，需要經(jīng)常裝拆。因此要求其特性在多次裝拆時(shí)能保證具有良好的再現(xiàn)性。

9·疲勞壽命

稱重傳感器若以一分鐘加載一次，一天使用8小時(shí)計(jì)算，十年累計(jì)加載約近20萬次。而高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)每秒施加交變載荷3次，1小時(shí)即達(dá)一百爭(zhēng)萬次。試驗(yàn)一根試樣。往往要做到一千萬次(107)在此場(chǎng)合工作的測(cè)力傳感器，疲勞壽命要求達(dá)到幾百或幾千個(gè)107次，實(shí)際上為無限長(zhǎng)。

10．載荷的波形

稱重傳感器在每次加載時(shí)，要承受一次沖擊。加載波形近似為一梯形波上疊加一個(gè)衰減振蕩的波形。沖擊力不會(huì)太大。過載程度也不會(huì)太嚴(yán)重，而測(cè)力傳感器往往載荷的波形很復(fù)雜，千變?nèi)f化，很難預(yù)料。除單次的拉或壓載荷及常見的正弦波載荷外，還可能承受各種特殊波形載荷。如電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)可產(chǎn)生矩形波，鋸齒波。利用炸藥爆炸作為動(dòng)力源的高速拉伸試驗(yàn)機(jī)，載荷從零增加到最大值所需時(shí)間約為1毫秒，相當(dāng)于沖擊波。測(cè)量打樁辦的傳感器也工作在沖擊狀態(tài)。又如在飛機(jī)的起落架上貼上應(yīng)變片，將飛機(jī)起飛降落時(shí)起落架的受力波形記錄下來，再輸入到試驗(yàn)機(jī)中去用試驗(yàn)機(jī)對(duì)起落架部件單獨(dú)進(jìn)行模擬起飛降落的試驗(yàn)，以研究其壽命及可靠性，改進(jìn)性能。此時(shí)載荷的波形為隨機(jī)波。此外，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上拉伸試樣時(shí)，試樣經(jīng)常在某一瞬間突然脆斷，載荷從最大值一瞬間內(nèi)突變?yōu)榱?。由于能量突然釋放，產(chǎn)生極強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，測(cè)力傳感器設(shè)計(jì)制造中稍有不當(dāng)，即遭破壞。

11．干擾力

由于電子秤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分講究，加工、裝配十分精確，所以稱重傳感器的受力狀態(tài)較為理想，一般能保證使載荷通過傳感器的設(shè)計(jì)軸線。而測(cè)力傳感器由于條件限制，往往要受到側(cè)向力、傾斜力、偏心力、扭矩等干擾的影響，因而有的要求測(cè)力傳感器本身必須具有良好的抗干擾力特性(例如采用雙層膜片結(jié)構(gòu))，有的要求專門設(shè)計(jì)成多分量測(cè)力傳感器，能同時(shí)測(cè)量幾個(gè)方向的分力或力矩。

12．剛性或撓度

稱重傳感器一般不考慮剛性或撓度。測(cè)力傳感器是整個(gè)測(cè)力機(jī)構(gòu)中的一環(huán)，有的試驗(yàn)為保證某項(xiàng)參數(shù)能測(cè)量精確，對(duì)整機(jī)剛度提出要求，此時(shí)對(duì)傳感器的剛度也必然提出具體要求。在諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)中，為使整機(jī)能工作在諧振狀態(tài)，傳感器剛度必須為某值。

13．固有頻率

’稱重傳感器一般無此要求。而測(cè)力傳感器往往用于動(dòng)態(tài)測(cè)試，為保證動(dòng)態(tài)測(cè)量精度，必須提供傳感器固有頻率的參數(shù)，或者先提出固有頻率指標(biāo)，再進(jìn)行傳感器設(shè)計(jì)

14．計(jì)量單位

稱重傳感器的額定負(fù)荷計(jì)量單位為克(g)、千克(kg)，噸(t)。測(cè)力傳感器為牛(N)．千牛(kN)、兆牛(MN)。

從以上各點(diǎn)分析對(duì)比可知，測(cè)力傳感器與稱重傳感器在使用方面的許多要求都不相同。它們很難采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，它們最終分道揚(yáng)鑣，是稱重傳感器技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

此外，還可看出，測(cè)力傳感器的使用條件遠(yuǎn)比稱重傳感器復(fù)雜，惡劣。不同的使用場(chǎng)合，會(huì)提出不同的要求，并且它們往往差別很大，在某一場(chǎng)合必需保證指標(biāo)A很高，指標(biāo)B無關(guān)緊要。

而在另一場(chǎng)合卻要求指標(biāo)B很高，指標(biāo)A可不加考慮，因而很難找到共同語言，也很難制定出一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。我認(rèn)為今后只能將測(cè)力傳感器分成幾大類，分別制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。

 

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