《模块重量检测》PPT课件.ppt

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1、机、电类传感器与检测技术项目教程模块二、重量检测模块二、重量检测 课件统一书号：统一书号：ISBN978-7-111-48817-0课程配套网站www.sensor-或或2015年年2月第月第1版版（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）（作者：梁森、黄杭美、王明霄、王侃夫）12/4/20221本模块介绍本模块介绍“重量重量”、“质量质量”、“力力”、“重力重力”等基本概念、等基本概念、重力测量的基本方法重力测量的基本方法、应应变计的组桥、零点调整变计的组桥、零点调整、温度补偿、温度补偿、荷重传感荷重传感器的选型器的选型、信号计算、信号计算、汽车衡的安装及使用汽车衡的安装及使用、故障诊断等知识，

2、还介绍了故障诊断等知识，还介绍了皮带秤的应用皮带秤的应用。还。还介绍了计量领域经常用到的介绍了计量领域经常用到的“检定检定”等概念。等概念。内容简介内容简介今天是：今天是：12/4/202212/4/202212/4/20222知识链接：质量、重力知识链接：质量、重力与重量的基本概念与重量的基本概念项目一、商用电子秤项目一、商用电子秤项目二、汽车衡项目二、汽车衡拓展资料、皮带秤拓展资料、皮带秤模块二、重量检测模块二、重量检测 目录目录进入进入进入进入进入进入現在時間現在時間是：是：15:5815:5812/4/20223一、质量的基本概念（质量是国际单位制的（质量是国际单位制的7 7个基本单位

3、之一）个基本单位之一）图图2-1放在抽真空放在抽真空玻璃器皿里的玻璃器皿里的国际千克原器国际千克原器IPK质量越大，惯性就越大，物体质量越大，惯性就越大，物体受力时运动状态的变化就越困难。受力时运动状态的变化就越困难。物体受力后产生的加速度物体受力后产生的加速度a与所与所受的力受的力f成正比，与质量成正比，与质量m成反成反比比，三者之间的关系可以用下式，三者之间的关系可以用下式表示：表示：a=F/m12/4/20224二、重力、重量的概念二、重力、重量的概念重力用字母重力用字母W或或F表示，单表示，单位用位用N表示。表示。W=mg，W为重力为重力（N），），m为质量（为质量（kg），），g为重

4、力加速度为重力加速度12/4/20225项目一项目一 商用电子秤商用电子秤【项目教学目标项目教学目标】知识目标知识目标1）掌握应变计和直流电桥的工作原理。）掌握应变计和直流电桥的工作原理。2）熟悉商用电子秤的工作原理。）熟悉商用电子秤的工作原理。技能目标技能目标1）掌握应变计组桥及零位调整方法。）掌握应变计组桥及零位调整方法。2）熟悉电子秤的选型。）熟悉电子秤的选型。回目录回目录現在時間現在時間是：是：*12/4/20226任务一 认识应变计导体或半导体材料在导体或半导体材料在外界力外界力的作用下，会的作用下，会产产生机械变形生机械变形，其电阻值也将随着发生变化，这，其电阻值也将随着发生变化，

5、这种现象称为种现象称为应变效应应变效应。电阻应变传感器主要由电阻应变传感器主要由电阻应变片电阻应变片、弹性元、弹性元件件及及测量转换电桥电路测量转换电桥电路等组成等组成。12/4/20227应变原理演示应变原理演示 金属丝受拉时，金属丝受拉时，l 变长、变长、r 变小，导致变小，导致R变大变大。12/4/20228应变片的工作原理应变片的工作原理1拉伸前拉伸前2拉伸后拉伸后电阻丝受拉后，电阻丝受拉后，长度增加长度增加，直径变小直径变小，电阻变大电阻变大。12/4/20229应变片的结构应变片的结构1引出线引出线2覆盖层覆盖层3基底基底4电阻丝电阻丝l：应变：应变片片的工作的工作基基长，长，b：

6、应变片基宽：应变片基宽，bl：应变：应变片的有效使用面积片的有效使用面积。12/4/202210应变片的电阻相对变化量与力的关系应变片的电阻相对变化量与力的关系应应变变片片中中的的电电阻阻丝丝的的电电阻阻相相对对变变化化量量 R/R，与与材材料料力学中的轴向应变力学中的轴向应变 x的关系的关系在很大范围内是线性的，即在很大范围内是线性的，即 x=F/(AE），设设K 为为灵灵敏敏度度，金金属属材材料料的的面面积积为为A，弹性模量弹性模量为为E，则，则 R/R又可表示为又可表示为12/4/202211微应变（微应变（）对于不同的金属材料，对于不同的金属材料，K 略有不同，一般为略有不同，一般为2

7、左左右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，右。而对半导体材料而言，由于其感受到应变时，电阻率电阻率 会产生很大的变化会产生很大的变化，所以灵敏度比金属材料，所以灵敏度比金属材料大大50200倍倍。在在材材料料力力学学中中，x=l/l称称为为电电阻阻丝丝的的轴轴向向应应变变，也也 称称 纵纵 向向 应应 变变。x通通 常常 很很 小小。例例 如如，当当 x为为0.000001（10-6）时时，在在工工程程中中常常表表示示为为1 m/m或或1微应变微应变(1 )。对金属材料而言，受力之后所产生的轴向应变对金属材料而言，受力之后所产生的轴向应变最好最好不要大于不要大于1 10-3，即应小于，即

8、应小于1000 m/m（1000 ），否则有可能超过材料的极限强度而导致，否则有可能超过材料的极限强度而导致非线性非线性或或断裂断裂。12/4/202212应变片的分类应变片的分类应应变变片片可可分分为为金金属属应应变变片片及及半半导导体体应应变变片片两两大大类类。前前者可分成者可分成金属丝式、箔式、薄膜式金属丝式、箔式、薄膜式等。等。a）金属丝式）金属丝式b）金属箔式）金属箔式c）金属箔式外形）金属箔式外形d）半导体应变片）半导体应变片1电阻丝电阻丝2金属箔金属箔3半导体半导体4基片基片5引脚引脚6定位标记定位标记7金丝金丝12/4/202213金属丝式应变片的金属丝式应变片的结构结构12/

9、4/202214金属丝式与箔式应变片的区别金属丝式与箔式应变片的区别金属丝式应变片金属丝式应变片蠕变较大蠕变较大，金属丝，金属丝易脱胶易脱胶，逐渐被，逐渐被箔式所取代。但金属丝式应变片箔式所取代。但金属丝式应变片价格便宜价格便宜，多用于，多用于大大批量批量、一次性试验一次性试验。箔式箔式应变应变片中的箔片中的箔栅栅是金属箔通是金属箔通过过光刻、腐光刻、腐蚀蚀等工等工艺艺制成的。箔式制成的。箔式应变应变片与片基的片与片基的接触面接触面积积大大得多，得多，散散热热条条件件较较好好，在，在长时间测长时间测量量时时的的蠕蠕变较变较小小，一致性较好一致性较好，目前广泛用于电子秤等，目前广泛用于电子秤等各

10、种应变式传感器中。各种应变式传感器中。焊接温度焊接温度25012/4/202215不同测量方向的金属箔式应变片图形不同测量方向的金属箔式应变片图形12/4/202216半导体应变片半导体应变片以以N型和型和P型硅为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺型硅为基底，利用扩散、外延和薄膜工艺制成的。主要优点是制成的。主要优点是灵敏度比金属应变片高很多灵敏度比金属应变片高很多。缺点是：灵敏度的缺点是：灵敏度的一致性差、温漂大、电阻与应变一致性差、温漂大、电阻与应变间非线性严重间非线性严重。在使用时，在使用时，需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补需采用半桥、全桥温度补偿及非线性补偿措施偿措施。12/4/2022

11、17某系列应变片主要性能指标某系列应变片主要性能指标上表中，哪几个型号是上表中，哪几个型号是半导体应变片半导体应变片？依据是什么？依据是什么？12/4/202218任务二、应变片的粘贴任务二、应变片的粘贴1）检查通断。检查通断。12/4/2022192）在选定贴应变片的位置划出十字线。在选定贴应变片的位置划出十字线。12/4/2022203）再用细砂纸精磨（）再用细砂纸精磨（45度交叉纹）。度交叉纹）。12/4/2022214）用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面，）用棉纱或脱脂棉花沾丙酮清洁结构表面，擦几遍后，不可再用手接触表面。擦几遍后，不可再用手接触表面。12/4/2022225）用透明胶

12、带将应变片与构件在引脚处临时）用透明胶带将应变片与构件在引脚处临时固定，移动胶带位置使应变片达到正确定位。固定，移动胶带位置使应变片达到正确定位。12/4/2022236）在）在应变片应变片的反面涂上一滴快干胶水，的反面涂上一滴快干胶水，视视应变片面积而定应变片面积而定，胶水量不宜过多胶水量不宜过多。12/4/2022247）将塑料薄膜盖在应变片上，用母指按压挤）将塑料薄膜盖在应变片上，用母指按压挤出多余胶水出多余胶水,按压时间一般按压时间一般1分钟，室温低时适当分钟，室温低时适当延长。延长。12/4/2022258）为了使胶水可靠固化，可用电吹风微加热）为了使胶水可靠固化，可用电吹风微加热处

13、理（注意距离和均匀），用万用表测量应变处理（注意距离和均匀），用万用表测量应变片绝缘电阻值，应大于片绝缘电阻值，应大于20M。12/4/2022269）将应变片引线焊接在接线片上，焊点要）将应变片引线焊接在接线片上，焊点要光滑牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线光滑牢固。引线不能绷紧，需形成弧线与接线片相连。片相连。12/4/20222710）将连接应变仪的导线焊接在接线片上）将连接应变仪的导线焊接在接线片上（焊接时间尽量短）（焊接时间尽量短）,把导线用绝缘胶带固定在把导线用绝缘胶带固定在构件上，再一次检查应变片质量。构件上，再一次检查应变片质量。12/4/2022281111）在应变片周围涂

14、上软硅胶）在应变片周围涂上软硅胶(防潮、防损伤）。防潮、防损伤）。12/4/20222912）硅胶固化后）硅胶固化后,应变片粘贴工作完毕。但应变片粘贴工作完毕。但要再次检查应变片的阻值和绝缘情况。要再次检查应变片的阻值和绝缘情况。12/4/20223013）固定：固定：粘贴、焊接后，粘贴、焊接后，用胶布将引线和用胶布将引线和被测对象固定在被测对象固定在一起，防止拉动一起，防止拉动引线和应变片。引线和应变片。12/4/202231材料受拉应变的测量材料受拉应变的测量将应变片粘贴在受力的斜拉桥上的斜拉绳端部的圆将应变片粘贴在受力的斜拉桥上的斜拉绳端部的圆柱上柱上,测量每一根斜拉绳的应变测量每一根斜

15、拉绳的应变,从而计算出所受大批量从而计算出所受大批量汽车上桥后所增加的的拉力汽车上桥后所增加的的拉力,检验拉力是否超过设计值。检验拉力是否超过设计值。12/4/202232管桩材料的侧向风力产生的应变测量管桩材料的侧向风力产生的应变测量工作人员正在贴应变片工作人员正在贴应变片 应变片粘贴在管桩上，应变片粘贴在管桩上，四四片应变片可组成全桥片应变片可组成全桥12/4/202233任务三任务三惠斯通电桥组桥惠斯通电桥组桥非平衡电桥非平衡电桥金属应变片的电阻变化范围很小，如果金属应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆直接用欧姆表测量表测量其电阻值的变化将十分困难，且其电阻值的变化将十分困难，且误差

16、很大误差很大。例例：金属箔式应变片的标称阻值金属箔式应变片的标称阻值R0为为100，灵敏灵敏度度K=2，粘贴在横截面积为粘贴在横截面积为9.8mm2的钢质圆柱体上的钢质圆柱体上，钢的弹性模量钢的弹性模量E=2 1011N/m2，所受拉力所受拉力F=0.2t，受拉受拉后应变片的阻值后应变片的阻值R 的变化量仅为的变化量仅为0.2。所以必须使用所以必须使用非平衡电桥非平衡电桥来测量这一微小的变化量，来测量这一微小的变化量，将将 R/R转换为转换为输出电压输出电压Uo。12/4/202234非平衡电桥的主要功能非平衡电桥的主要功能去除去除“本底本底”用计算机直接测应变片电阻的变化量是很困难。这是用计

17、算机直接测应变片电阻的变化量是很困难。这是因为测量一个因为测量一个在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变在几百欧的基值上附加一个零点几欧的变化化的分辨力很低。的分辨力很低。用用电桥可以把被测量的本底去掉电桥可以把被测量的本底去掉，转换成一个在零值转换成一个在零值附近变化的毫伏级的输出电压附近变化的毫伏级的输出电压，这样就可以通过，这样就可以通过“电桥电桥放大电路放大电路”来放大这个微小的变化电压，使之达到几伏来放大这个微小的变化电压，使之达到几伏数量级的有效输出信号数量级的有效输出信号,接到接到A-DA-D转换器。转换器。12/4/202235非平衡电桥的结构非平衡电桥的结构非平衡电桥由四个电阻

18、非平衡电桥由四个电阻R1、R2、R3、R4组成一个四组成一个四边形的回路，边形的回路，每一边称作电桥的每一边称作电桥的“桥臂桥臂”。有有4个结个结点点a、b、c、d。在。在a、c结点之间接入电源结点之间接入电源Ui，而另一，而另一对结点（对结点（b、d）之间的电压差作为）之间的电压差作为输出电压输出电压Uo端端。b、d点对负极（点对负极（a点）点）的电压相等时称作的电压相等时称作“电桥电桥平衡平衡”；反之，；反之，b、d两点两点电位差不为零时称作电位差不为零时称作“电电桥不平衡桥不平衡”。12/4/202236非平衡电桥的输出电压非平衡电桥的输出电压 若桥路的若桥路的4个桥臂个桥臂相邻电阻的电

19、阻值相邻电阻的电阻值变变化趋势相同化趋势相同，桥路的，桥路的输出电压为零输出电压为零。若相邻电阻的电阻若相邻电阻的电阻值值变化趋势相反变化趋势相反，桥桥路就产生输出电压路就产生输出电压：12/4/202237电桥平衡的条件电桥平衡的条件：R1/R2=R4/R3或或R1R3=R4R24个桥路电阻的个桥路电阻的比例比例通常通常不可能完全相同不可能完全相同,因此必须因此必须设置设置“调零电位器调零电位器”RP,调节调节RP,最终可以使最终可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2 是是R1、R2并联并联RP后的等效电阻），电桥趋于后的等效电阻），电桥趋于平衡，平衡，Uo被预调到零位，这被预调到零位，这

20、一过程称为一过程称为调零调零。图中的图中的R5的作用是减小调节的作用是减小调节范围，也称范围，也称限流电阻限流电阻。12/4/202238非平衡电桥可以分为单臂、双臂、全桥非平衡电桥可以分为单臂、双臂、全桥单臂半桥单臂半桥:四个桥臂中，只有一四个桥臂中，只有一个电阻的电阻可变，个电阻的电阻可变，R1为应变片为应变片，R2、R3、R4为固定电阻（低温漂为固定电阻（低温漂的锰合金电阻）的锰合金电阻）桥路的桥路的输出电压为：输出电压为：单臂半桥的灵敏度最低，温漂最大。单臂半桥的灵敏度最低，温漂最大。12/4/202239单臂电桥示意图单臂电桥示意图12/4/202240电桥放大电路（差动减法电路）电

21、桥放大电路（差动减法电路）.12/4/202241双臂半桥双臂半桥R1、R2为应变片为应变片，R3、R4为固定电阻（低温漂为固定电阻（低温漂的锰合金电阻）的锰合金电阻）。应变。应变片片R1、R2感受到的应变感受到的应变 1、2相反，产生的电阻相反，产生的电阻增量增量正负号相反正负号相反，可以，可以使使输出电压输出电压Uo成倍地增成倍地增大大：12/4/202242四臂全桥四臂全桥全桥的四个桥臂都为全桥的四个桥臂都为应变片，如果设法使试应变片，如果设法使试件受力后，应变片件受力后，应变片R1R4产生的电阻增量（或感产生的电阻增量（或感受到的应变受到的应变 1 4）正负正负号相间号相间，就可以，就

22、可以使输出使输出电压电压Uo成倍地增大成倍地增大。输出电压：输出电压：单臂、双臂半桥、全桥工作方式中，单臂、双臂半桥、全桥工作方式中，哪一种灵敏度哪一种灵敏度最高最高?哪一种灵敏度最低哪一种灵敏度最低?12/4/202243全桥的温度全桥的温度自补偿原理自补偿原理当环境温度升高时，当环境温度升高时，四个桥臂上的应变片温四个桥臂上的应变片温度度t 同时升高同时升高，假设温度，假设温度引起的电阻值引起的电阻值漂移数值漂移数值一致一致，就可以，就可以相互抵消相互抵消，所以所以全桥能实现温度全桥能实现温度自自补偿补偿：12/4/202244双臂半桥的双臂半桥的温度自补偿温度自补偿温度升高，温度升高，R

23、1、R2同同时增大时增大(R3、R4不变不变)则则:又由于热胀冷缩，温度升高时，被测物的长度增加，又由于热胀冷缩，温度升高时，被测物的长度增加，应变片被拉长，引起测量误差，必须另外增加一个补应变片被拉长，引起测量误差，必须另外增加一个补偿块。偿块。单臂半桥无法实现温单臂半桥无法实现温度自补偿。度自补偿。12/4/202245任务四任务四 商用电子秤的工作原理分析商用电子秤的工作原理分析一、商用电子秤的分类一、商用电子秤的分类（1）按功能分类）按功能分类计数秤、计价秤、计重秤。计数秤、计价秤、计重秤。（2）按用途分类）按用途分类工业秤、商业秤、特种秤。工业秤、商业秤、特种秤。（3）按放置位置分类

24、）按放置位置分类4150kg的人体秤、的人体秤、030kg的的案秤（桌秤）、案秤（桌秤）、30300kg的台秤、称量在的台秤、称量在300kg以上的以上的地磅、称量在地磅、称量在1t以上的吊秤等。以上的吊秤等。（4）按准确度分类）按准确度分类I级特种天平（误差级特种天平（误差10-5）；）；II级高准确度天平（误差级高准确度天平（误差10-4）；）；III级中准确度秤（误级中准确度秤（误差差1/1000）；）；IV级普通秤（误差级普通秤（误差1/100）。）。12/4/202246一、商用电子秤的分类（续）（5）按信号传输方式分类：）按信号传输方式分类：模拟电流（模拟电流（420mA）式式、R

25、S232/RS485总线式总线式、USB总线式、总线式、以太网路式以太网路式、无线射频（无线射频（RF2.4G）式、）式、蓝牙式蓝牙式等。等。（6）按显示器分类：）按显示器分类：LED式式、有背光有背光LCD式式等。等。（7）按供电方式分）按供电方式分类：类：交流供电式、交流供电式、电池电池（可充电式）（可充电式）等。等。自动落料自动落料电子秤电子秤12/4/202247电子秤电子秤 磅秤磅秤超市打印秤超市打印秤远距离远距离显示显示由单片机扣除温漂和毛重由单片机扣除温漂和毛重12/4/202248人体秤人体秤 怎样才能节电？怎样才能节电？怎样才能适合怎样才能适合盲人盲人使用？使用？电电子子人人

26、体体秤秤中中，四四个个角角都都装装了了电电阻阻应应变变片片，四四角角接接成成全全桥桥，由由单单片片机机测测量量桥桥路路电电压压，并并换换算出被称量的体重。算出被称量的体重。12/4/202249吊钩秤吊钩秤 便携式便携式如何将重量信如何将重量信号传送到总控室号传送到总控室中的计算机上？中的计算机上？12/4/202250二、商用电子秤的型号及含义商用电子秤内置有高准确度称重传感器和称重显示仪商用电子秤内置有高准确度称重传感器和称重显示仪表，具有计量准确、读数简便等特点。商用电子秤型号表，具有计量准确、读数简便等特点。商用电子秤型号的型号有：的型号有：ACS-30-C、TCS-1000-D等。等

27、。C级的分度值级的分度值为为50010000，D级的分度值为级的分度值为110000。图图2-7商用电子秤型号的含义商用电子秤型号的含义12/4/202251三、商用电子秤的主要性能指标允许最大绝对误差允许最大绝对误差：等级检定时允许的最大偏差：等级检定时允许的最大偏差m。最最小小感感量量：所所能能显显示示的的最最小小刻刻度度，通通常常用用“d”来来表表示示。国国家家规规定定最最小小刻刻度度等等于于检检定定分分度度值值e，即即d=e。例例如如：某某一一电电子子秤秤的的规规格格为为60kg5g，则则5g即即为为最最小小刻刻度度或或最最小感量。小感量。分度数分度数n（也称刻度间隔数）：（也称刻度间

28、隔数）：将最大称量除以最小将最大称量除以最小感量感量，就等于分度数。，就等于分度数。检定分度值检定分度值e：将：将最大称量除以分度数最大称量除以分度数，就等于检定，就等于检定分度值。分度值。最小静载荷输出恢复最小静载荷输出恢复：施加施加100%最大量程的负载最大量程的负载30min后再卸载后再卸载。读数不应超过。读数不应超过e/2。迟滞：迟滞：又称回差或变差，是指又称回差或变差，是指传感器正向特性和反向传感器正向特性和反向特性不一致的程度特性不一致的程度。12/4/202252例2-1 某电子秤的规格为ACS-100-，10g（最小感量）起跳，求：该电子秤的分度数。解解 该该电电子子秤秤为为案

29、案秤秤，每每10g为为一一个个刻刻度度或或数数显显面面板板最最低低位位代代表表的的数数值值，即即e=10g，最最大大称称量量为为100kg，则则分分度数或刻度间隔数为：度数或刻度间隔数为：n=(100kg1000)/10g=10000又如，又如，某电子秤的秤量为某电子秤的秤量为6000g，最小刻度（最小感，最小刻度（最小感量）为量）为0.5g，则，则准确度准确度=0.5g/6000g=1/12000。12/4/202253图图2-8电子秤的正电子秤的正/逆向迟滞特性逆向迟滞特性1正向特性正向特性2反向特性反向特性12/4/202254案秤的组成案秤主要由案秤主要由承重系统（秤盘、秤台）承重系统

30、（秤盘、秤台）、传力转换系统传力转换系统（称重传感器）（称重传感器）和和示值系统示值系统（刻度盘、（刻度盘、电子显示仪表）电子显示仪表）三部分三部分组成。组成。电子秤电路由电子秤电路由应应变桥路、放大器变桥路、放大器、A-D转转换电路、微处理器电路换电路、微处理器电路、显示电路、键盘电路、显示电路、键盘电路、通讯接口电路、稳压电通讯接口电路、稳压电源电路等组成。源电路等组成。12/4/2022551 1力转换为应变的弹性敏感元件力转换为应变的弹性敏感元件图图2-9力转换为应变的弹性敏感元件（力转换为应变的弹性敏感元件（放大图见后页放大图见后页）a）实心轴）实心轴b）空心轴）空心轴c）、）、d）

31、等截面圆环）等截面圆环e）、）、f）变形的圆环）变形的圆环g）工字梁桥式）工字梁桥式h）等截面悬臂梁）等截面悬臂梁i）等强度悬臂梁）等强度悬臂梁j）双连孔剪梁）双连孔剪梁12/4/202256图图2-9的放大图的放大图12/4/202257图图2-10双连孔剪梁受力后的应变情况双连孔剪梁受力后的应变情况1被测物被测物2托盘托盘3秤台秤台4固定螺栓固定螺栓5双连孔剪梁双连孔剪梁6限位器限位器7底座底座12/4/202258应变式力传感器应变式力传感器 S型力传感器型力传感器 FFFF12/4/202259各种双连孔剪梁各种双连孔剪梁 12/4/202260各种双连孔剪梁各种双连孔剪梁F端部固定端

32、部固定螺孔螺孔电缆电缆托盘固定托盘固定螺孔螺孔12/4/202261应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形演示应变片在悬臂梁上的粘贴及受力变形演示12/4/202262案秤的原理框图12/4/202263电子秤的灵敏度温度补偿电路通常将通常将Rt一分为二：一分为二：红红、黑两端紧贴、黑两端紧贴铝合金剪梁的位置各铝合金剪梁的位置各串联阻值为串联阻值为Rt/2的电的电阻丝阻丝。Rt的大小由镍的大小由镍丝的温度系数及铝合丝的温度系数及铝合金剪梁的弹性模量温金剪梁的弹性模量温度系数的比例决定。度系数的比例决定。12/4/202264项目二 汽车衡【项目教学目标】知识目标知识目标1）掌握荷重传感器的计算及选型

33、。）掌握荷重传感器的计算及选型。2）熟悉动态自动汽车衡系统的组成。）熟悉动态自动汽车衡系统的组成。技能目标技能目标1）掌握汽车衡的安装。）掌握汽车衡的安装。2）熟悉汽车衡的检定。）熟悉汽车衡的检定。3）熟悉汽车衡的故障分析和排除。）熟悉汽车衡的故障分析和排除。回目录回目录現現在在時間時間是：是：15:5815:5812/4/202265任务一任务一 荷重传感器的计算与选型荷重传感器的计算与选型FR1R2 R412/4/202266图图2-156种不同型式的荷重传感器种不同型式的荷重传感器a）空心筒式）空心筒式b）实心柱式）实心柱式c）S形扭环式形扭环式d）轮辐式）轮辐式e）双孔工字钢桥式）双孔

34、工字钢桥式f）弯板式）弯板式12/4/202267圆柱形弹性元件（等截面轴）的应变圆柱形弹性元件（等截面轴）的应变设设轴轴的的横横截截面面积积为为A，轴轴材材料料的的弹弹性性模模量量为为E，材材料料的的泊泊松松比比为为，当当等等截截面面轴轴承承受受轴轴向向拉拉力力或或压压力力F时时，轴轴向应变向应变(有时也称为纵向应变有时也称为纵向应变)x为：为：钢的弹性模量约为钢的弹性模量约为2 1011N/m2。当被测力较小时，可用铝合金。当被测力较小时，可用铝合金。铝的弹性模量约为铝的弹性模量约为0.71011Nm2。材料越软，弹性模量也越小，其材料越软，弹性模量也越小，其弹性变形的灵敏度也越高。弹性变

35、形的灵敏度也越高。12/4/202268应变式荷重传感器外形及受力位置（续）应变式荷重传感器外形及受力位置（续）FFF激光焊接激光焊接全密封全密封12/4/202269荷重传感器原理演示荷重传感器原理演示贴在荷贴在荷重传感器重传感器表面的应表面的应变片在变片在向向下力的作下力的作用下，用下，产产生变形。生变形。轴向变短轴向变短，径向变粗径向变粗。12/4/202270任务二 汽车衡的分类与选型一、汽车衡的结构一、汽车衡的结构12/4/202271汽车衡示意图汽车衡示意图用一个桥路激励源来激励用一个桥路激励源来激励4个圆柱状荷重传感器个圆柱状荷重传感器的桥的桥路，路，由由4路路A-D转换器将转换

36、器将4个桥路的输出转换为个桥路的输出转换为4个数字个数字量量，由单片机进行加法运算。，由单片机进行加法运算。12/4/202272汽车衡汽车衡测量测量汽车毛重，汽车毛重，再再扣除已知该型号扣除已知该型号汽车的汽车的自重，自重，就可就可以以判断是否超载判断是否超载12/4/202273汽车衡汽车衡称重系统称重系统12/4/202274荷重传感器计算荷重传感器计算 当当KF 为常数时，为常数时，桥路所加的激励源电桥路所加的激励源电压压Ui越越高，满量程输高，满量程输出电压出电压Uom也越高。也越高。思考：思考：综合考虑灵敏度与功耗、发热等因数，综合考虑灵敏度与功耗、发热等因数，Ui的取值的取值范围

37、多少为好？范围多少为好？12/4/202275荷重传感器应用估算荷重传感器应用估算 解解：从从该该荷荷重重传传感感器器铭铭牌牌上上得得到到Fm=100 103N，KF=2mV/V，可可计计算算得得到到Uom=12mV。根根据据上上述述公公式式计算得被测荷重：计算得被测荷重：例：用某荷重传感器称重。当例：用某荷重传感器称重。当桥路电压桥路电压Ui为为6V时，测得时，测得桥路的输出电压桥路的输出电压Uo为为8mV，求被测荷重为多少吨？求被测荷重为多少吨？12/4/202276例例2-32-3 用图用图2-13所示的等截面空心圆柱式荷重传感所示的等截面空心圆柱式荷重传感器称重，器称重，额定荷重额定荷

38、重Fm=10 103kg，灵敏度，灵敏度KF为为2mV/V，桥路电压，桥路电压i为为12V，求：求：1）在额定荷重时的输出电压）在额定荷重时的输出电压Uom。2）若希望在额定荷重时得到）若希望在额定荷重时得到5V的输出电压（接到的输出电压（接到A-D转换器），放大器的放大倍数应为多少倍？转换器），放大器的放大倍数应为多少倍？3）若要求能分辨）若要求能分辨1/3000的电压变化，放大后输出电的电压变化，放大后输出电压的漂移应小于多少毫伏？压的漂移应小于多少毫伏？4）测得桥路的输出电压为）测得桥路的输出电压为8mV，求被测荷重为多少，求被测荷重为多少吨？吨？5）当承载为）当承载为10kg时，传感器

39、的输出电压时，传感器的输出电压Uo(10kg)。12/4/202277解解 1 1）从图从图2-13所示的荷重传感器铭牌上得到：所示的荷重传感器铭牌上得到：KF=2mV/V，根据式根据式（2-7），），在额定荷重时的输出电压在额定荷重时的输出电压Uom=KFUi=2mV/V12V=24mV2）在额定荷重时要得到）在额定荷重时要得到5V的输出电压，放大器的放大倍数的输出电压，放大器的放大倍数A=5000mV/24mV=208.33）若传感器的分度数为）若传感器的分度数为3000，放大后输出电压的分辨力和输出，放大后输出电压的分辨力和输出电压的漂移要小于电压的漂移要小于Uo=5000mV/3000

40、=1.67mV4）测得桥路的输出电压为）测得桥路的输出电压为8mV，被测荷重，被测荷重5）当承载为）当承载为10kg时，传感器的输出电压时，传感器的输出电压12/4/202278【荷重传感器参数填表训练】桥路桥路电压电压Uo/V灵敏度灵敏度KF/mVV-1满量程满量程输出电压输出电压Uo/mV最大最大量程量程Fm/kN荷重荷重F/kN荷重荷重F/kg输出输出电压电压Uo/mV1240.10.01122112241.0224122100100242100102421004012/4/202279秤台（1）U形钢结构秤台形钢结构秤台12/4/202280秤台局部解剖图12/4/202281秤台的支

41、撑图图2-33桥式荷重传感器桥式荷重传感器a）用千斤顶将秤台顶起）用千斤顶将秤台顶起b）钢球上方和下方的球托放大图）钢球上方和下方的球托放大图12/4/202282图2-19 接线盒a）五孔模拟式接线盒（含多路微调电位器）五孔模拟式接线盒（含多路微调电位器）b）七孔数字式接线盒（含多路串行接口）七孔数字式接线盒（含多路串行接口）12/4/202283二、汽车衡的分类1）按安装方式分，有地中衡和地上衡；）按安装方式分，有地中衡和地上衡；2）按称量方）按称量方式分，有静态式和动态式；式分，有静态式和动态式；3）按传感器分，有模拟式）按传感器分，有模拟式和数字式；和数字式；4）按弹性元件分，有柱式、

42、桥式、轮辐式、）按弹性元件分，有柱式、桥式、轮辐式、弯板式等；弯板式等；5）按秤台型式分，有全钢结构式和钢结构）按秤台型式分，有全钢结构式和钢结构混凝土式；混凝土式；6）按安装基坑型式分，有无基坑可移动式、）按安装基坑型式分，有无基坑可移动式、浅基坑式、深基坑地中衡、便携式等；浅基坑式、深基坑地中衡、便携式等；7）按长度分，）按长度分，有整车式、轴重式等有整车式、轴重式等；8）按值班方式分，有无人值守）按值班方式分，有无人值守式、有人值守自动汽车衡；式、有人值守自动汽车衡；9）按防爆等级分，有非防）按防爆等级分，有非防爆型和本安型；爆型和本安型；10）按秤体强度等级和称重频次分，有）按秤体强度

43、等级和称重频次分，有重型高频次汽车衡、中型汽车衡以及低频次汽车衡等；重型高频次汽车衡、中型汽车衡以及低频次汽车衡等；11）按载荷）按载荷m与准确度与准确度e分，从低到高，有分，从低到高，有50200000e等。等。12/4/202284模拟式汽车衡采用用模拟式称重传感器、模拟式接线盒和模拟式称采用用模拟式称重传感器、模拟式接线盒和模拟式称重显示器。重显示器。多路传感器的模拟信号先接到接线盒，多路传感器的模拟信号先接到接线盒，在接在接线盒中进行多路线盒中进行多路A-D转换，再巡回传输到称重显示器转换，再巡回传输到称重显示器。传感器与接线盒、显示器之间传输的是传感器与接线盒、显示器之间传输的是几十

44、毫伏的模拟几十毫伏的模拟信号，容易引入干扰信号，容易引入干扰，智能化水平低。，智能化水平低。12/4/2022852数字化汽车衡从模拟式称重传感器输出的从模拟式称重传感器输出的6路模拟信号传送到数字路模拟信号传送到数字化接线盒，经过数字化接线盒内的放大、滤波和化接线盒，经过数字化接线盒内的放大、滤波和A-D转转化电路后，转换成数字电信号化电路后，转换成数字电信号。该数字信号传输到数字。该数字信号传输到数字化称重显示器，经数字化称重显示器中的微处理器对信化称重显示器，经数字化称重显示器中的微处理器对信号进行处理，从而显示被称汽车的重量等数据。号进行处理，从而显示被称汽车的重量等数据。12/4/2

45、02286图图2-212-21 6 6路数字化汽车衡原理框图路数字化汽车衡原理框图12/4/2022873数字式汽车衡采用输出信号为数字量或数字编码的数字式传感器。采用输出信号为数字量或数字编码的数字式传感器。与称重成正比的模拟电压先在全封闭的传感器中进行与称重成正比的模拟电压先在全封闭的传感器中进行A-D转换和串行信号转换，以串行信号的方式输出到接线转换和串行信号转换，以串行信号的方式输出到接线盒盒，接线盒与称重显示器通过，接线盒与称重显示器通过6根传输线进行通信。根传输线进行通信。12/4/202288四、动态自动汽车衡系统1无人值守汽车衡系统无人值守汽车衡系统12/4/202289无人值

46、守汽车衡系统示意图无人值守汽车衡系统示意图12/4/202290无人值守智能称重系统工作流程图图2-2412/4/2022912弯板式动态轴重衡每当一组轮胎经过弯板式称重传感器时，每当一组轮胎经过弯板式称重传感器时，传感器中的传感器中的电阻应变计桥路就产生一个脉冲信号，电阻应变计桥路就产生一个脉冲信号，传递给称重显示传递给称重显示器，器，微处理器记录弯板的受力弯曲变形曲线，微处理器记录弯板的受力弯曲变形曲线，计算出弯计算出弯曲最大点的应变、轴重、速度测、轴型等。曲最大点的应变、轴重、速度测、轴型等。将左、右轴将左、右轴重相加，就得到一对轮轴的称重。重相加，就得到一对轮轴的称重。依据断续的冲击次

47、数，依据断续的冲击次数，计算出一辆汽车有多少对轮轴，计算出一辆汽车有多少对轮轴，再将所有轮轴的称重相再将所有轮轴的称重相加，就可以得到整车的重量加，就可以得到整车的重量。12/4/202292a）弯板式动态轴重衡的内部结构）弯板式动态轴重衡的内部结构b）弯板式轴重衡的输出特性）弯板式轴重衡的输出特性1钢框架钢框架2紧固压块紧固压块3紧固螺栓紧固螺栓4钢底板钢底板5受力高强度钢弯板受力高强度钢弯板6应变计（共应变计（共8片）片）7汽车轮胎受力点（弯曲变形点）汽车轮胎受力点（弯曲变形点）8绝缘密封胶绝缘密封胶图图2-2512/4/202293（3）弯板式传感器的标定先做静态标定先做静态标定，然后做

48、动态标定然后做动态标定。动态标定的具体方法：动态标定的具体方法：选定几种车型，装载砝码后的车重为额定载荷，选定几种车型，装载砝码后的车重为额定载荷，以额以额定的时速通过左、右两个弯板传感器的称重区域定的时速通过左、右两个弯板传感器的称重区域，次数次数为为10。累加每一个车轴的重量累加每一个车轴的重量，得到一组得到一组“总车重总车重”数据数据，多次累加，多次累加，求其平均值，等于车重。求其平均值，等于车重。12/4/2022943 3便携式动态轴重衡便携式动态轴重衡12/4/202295便携式便携式动态轴重动态轴重衡放大图衡放大图12/4/202296五、汽车衡的规格图图2-27汽车衡的型号规格

49、表示方法汽车衡的型号规格表示方法例：例：SCS60tC3：地上衡；电阻应变数字式；最大称：地上衡；电阻应变数字式；最大称重重60t；C级；分度数级；分度数3000.型号型号最大最大称量称量/t最大最大安全安全载荷载荷/t分度分度数数秤台秤台Q235/mU型梁型梁/m荷重传感器荷重传感器SCS-60-C3（数字式）（数字式）609030003150.04U型高型高0.34，6道主梁道主梁6只只20t均匀分均匀分布，钢球式承布，钢球式承载载12/4/202297五、汽车衡的主要技术指标五、汽车衡的主要技术指标1）准确度等级）准确度等级：共：共6级。级。2）最大称量）最大称量Max：10200t。3

50、）最小称量）最小称量Min：550kg。4）传感器内码：）传感器内码：10000100000。5）分度数）分度数n：10050000。6）检定分度值）检定分度值e：550kg。7）秤台宽度）秤台宽度W：34m。8）秤台长度）秤台长度L：724m。9）承载器强度安全系数）承载器强度安全系数2。10）工作电源）工作电源：AC220V（15%+10%），），50Hz，或，或DC12V/24V蓄电池（蓄电池（-10%+20%）。）。11）工作环境）工作环境：湿度：湿度85%RH，温度为，温度为-10+40。12/4/202298安全极限载荷、最大静态载荷、安全极限载荷、最大静态载荷、最大动态载荷之间的