淺談輪輻式感測器

一、概述

輪輻式感測器是什麼？輪輻式力感測器是採用輪幅式彈性體結構，利用剪下式應力原理製作的力感測器。輪輻式稱重感測器，顧名思義像一個車輪，輪輻在輪轂與輪箍之間成對稱分佈，多為 4、6、8 個。它具有高度低，穩定性好；抗偏心載荷、側向載荷能力強；線性和重複性好；過載能力強，透過控制輪轂與支撐底面之間的間隙，過載能力可達 300%以上；彈性元件為一對稱的整體結構，其各方向的熱膨脹一致性好，溫度係數低；彈性元件結構便於實現上、下圓膜片焊接密封，密封等級可達 IP68。輪輻式稱重感測器的主要缺點是滯後誤差較大，需要透過結構設計和製造工藝加以改善。

二、輪輻式稱重感測器的設計原理及安裝方法：

輪輻式稱重感測器屬於測力感測器，它常用於靜態測量和動態測量。其原理為彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產生彈性變形，使貼上在表面的電阻應變片（轉換元件）也隨同產生變形，電阻應變片變形後，它的阻值將發生變化（增大或減小），再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電訊號，從而完成了將外力變換為電訊號的過程。

輪輻式稱重感測器有不錯的剛性，為了更好地使感測器工作狀態保持穩定，降低外部振動造成的影響，應儘可能使彈性體在負荷作用下的彈性位移降低，使之具備較高的固有頻率。有簡易有效的整體性結構，彈性體應儘可能為一個整體，防止組合型構造。減少因緊固鬆動、焊接變形等帶來的影響。

對作用力部位的變動和干擾力的影響不敏感，彈性體應變敏感區的應力分佈，只隨作用力的大小而轉變，彈性體工作區域的工藝效能好，包含機械加工製造、貼上和密封性安裝工藝好。具備低外形構造，安裝便捷，互換性好，低外形構造能夠提升抗偏載，使執行狀態平穩。

不同的感測器它的安裝方式也是有所差異的，總體來說輪輻式稱重感測器要有一處用於固定，一處用於受力。要保證固定的一段安全牢靠，受力的一段不會產生偏載。其接線方法為常見的四芯遮蔽線，一般來說顏色分為紅、黑、綠、白四個顏色的電線。其中紅黑接激勵電源，一般來說激勵電源電壓為直流5-10VDC，紅色接電源正，黑色接電源負。綠白是接儀表訊號的，綠色接訊號+，白色接訊號-。其中還有一根黑粗線是遮蔽線，可以接地或者接外殼，其實黑粗線就是遮蔽電纜外面的遮蔽層用熱縮管套上的。

三、輪輻式感測器的工作原理：

輪輻式稱重感測器線圈元件與殼體固定，永久磁鐵用柔軟彈簧支承。兩者的阻尼都是由金屬骨架和磁場發生相對運動而產生的電磁阻尼。動圈式和動鐵式的工作原理是完全相同的，當殼體隨被測振動體 一起振動時，由於彈簧較軟，運動部件質量相對較大，因此振動頻率足夠高（遠高於感測器的固有頻率）時，運動部件的慣性很大，來不及跟隨振動體一起振動，近於靜止不動，振動能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近於振動體振動速度。線圈與磁鐵間相對運動使線圈切割磁力線，輪輻式稱重感測器產生與運動速度成正比的感應電動勢，線圈處於工作氣隙磁場中的匝數，稱為工作匝數；工作氣隙中磁感 應強度；每匝線圈的平均長度。

四、輪輻式稱重感測器的優缺點：

二十世紀80年代中期，此類稱重感測器在我國被大量使用於汽車衡類的大型衡器上，但是由於其本身存在的機械加工問題和滯後誤差等，被後來的懸壁梁稱重感測器和橋式稱重感測器所替代。

稱重感測器優點：抗偏載性和側向載荷能力強、過載能力強、不受載入點和支撐邊界影響、應力釋出均勻、線性好、稱重感測器固定不旋轉。

稱重感測器缺點：機械加工難度大、製造成本較高、固有滯後大且不易控制。

五、輪輻式感測器應用中的問題

5。1輪輻式感測器的量程

通常感測器量程越接近感測器承受到的載荷，其稱量準確度就越高。因為若待稱重物體質量較輕（例如10T），但選用了較大量程的感測器（比如為50T），則得到的數值誤差會很大。在實際應用中，還需考慮到偏載、振動衝擊等對感測器的影響，所以感測器的量程若選的過小，將會損壞感測器。因此選用感測器時要考慮多種影響因素，才能保證感測器正常工作並延長其使用壽命3。另外，當輪輻式感測器配合儀表使用時，由於儀表是通用裝置（有多個量程），使用不同承載量的稱重感測器時其儀表也要選取合適量程。若選取不合適，工作人員可能會對採集的資料做出誤判和誤操作，嚴重時還會損壞稱重感測器。

5。2輪輻式感測器的工作環境

隨著輪輻式感測器技術的不斷成熟，其對工作環境的要求也更加寬鬆。但在實際應用過程中，我們仍需考慮工作環境對感測器的影響，如粉塵、潮溼環境會使感測器短路；腐蝕性較高 的環境會造成感測器彈性體受損或產生短路等。所以在保 證感測器精度的前提下，我們要人為的避免惡劣工作環境對傳 感器造成的不利影響。比如在粉塵、潮溼的環境下，可用焊接 或其他方法將其完全封閉，並把上部做成圓弧狀，使其受力均勻。另外，當尺寸允許時，也可考慮在感測器外部加一層保護罩，降低外界環境對感測器的不利影響。

六、輪輻式稱重感測器的標定與校準

任何一種感測器與所有檢測儀表一樣，為了保證測量結果的準確、一致，輪輻式稱重感測器在其製造、裝配完成後都必須按原設計指標進行一系列嚴格試驗，以確定其實際效能 （標定）。輪輻式稱重感測器使用一段時間後（中國計量法規定一般為一年）或經過修理，SAINTBOND稱重感測器也必須對其主要技術指標進行校準試驗，以確保輪輻式稱重感測器的各項效能達到使用要求（校準）。校準與標定的內容和方法是基本相同的。

感測器的標定與一般檢測儀表的標定一樣，寧波辰邦稱重感測器就是利用精度高一級的標準器具對輪輻式稱重感測器進行定度的過程，透過試驗建立感測器輸出量與輸人量之間的對應關係。輪輻式稱重感測器的標定系統一般由被測非電量的標準發生器、被測非電量的標準測試系統、待標定感測器所配接的訊號調節器和顯示、記錄器等組成。

輪輻式稱重感測器的標定分為兩種：靜態標定和動態標定。寧波辰邦稱重感測器靜態標定的目的是確定感測器（或感測系統）的靜態特性指標，如線性度、靈敏度、遲滯和重複性等；動態標定則主要是檢驗、測試輪輻式稱重感測器（或感測系統）的動態特性，如頻率響應、時間常數、固有頻 率和阻尼比等。