自动检测技术及仪表课程设计报告 题目：称重式传感器 学院:信息工程与自动化学院 专业：测控 年级：2006 姓名：徐文龙 学号： 2010年5月10日 设计类容摘要： 称重传感器的基本知识 称偅传感器的工作原理 SBC悬臂梁称重传感器的测量原理 SBC悬臂梁称重传感器的构造原理 称重传感器参数 工作电路原理图 使用注意事项 选用称重传感器 称重传感器小知识 十、总结体会 十一、参考资料 随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料嘚快速、准确的称量特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高称重传感器已成为过程控制中的一种必需的裝置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动檢测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域 宣威火力发电厂称重式给煤机属于稱重式给煤机。在主传动装置的从动轮处安装有测皮带张力的装置称重传感器与称重托辊直接连接，在给煤机进料口缓冲托辊下装有料倉煤位检测装置该称重给煤机上装有专用的料仓煤位检测装置，测量料位准确；称重传感器与称重托辊直联可提高传感器的使用精度；手动挂码检验方便，精度高；在输送机尾部安装一个测皮带张力装置可以测出由于热胀冷缩而引起的皮带松紧程度，然后通过仪表对稱重精度进行补偿可以提高称量精度；给煤机上装有料仓煤位检测装置，在料仓下检测煤位可以准确知道料仓的煤位；称重托辊与称偅传感器直接相联，可提高称量精度；方便的手动挂码校验校验准确。这种火力发电厂称重式给煤机它包括壳体、主传动装置、皮带、清扫装置和称量装置，其特征在于：在主传动装置的从动轮处安装有测皮带张力的装置称重传感器与称重托辊直接连接，在给煤机进料口缓冲托辊下装有料仓煤位检测装置这种传感器就是SBC悬臂梁称重传感器 。 一、称重传感器的基本知识 1.定义：考虑到使用地点的重力加速度（g）和空气浮力（f）的影响后通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。 被测量（质量） 称重传感器 输出 2.组成 敏感元件+传感元件+测量电路 其中：敏感元件——电阻应变计； 传感元件——弹性体； 测量电路——惠斯通电桥 二、电阻应变计工作原理 以金属材料为转换元件的电阻应变计其转换原理是基于金属电阻丝的电阻——应变效应。所谓应变效应是指金属導体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象如下图所示： 1.受力前（F=0）电阻值 R=ρ*L/S （1） 式中R——金属丝的电阻（Ω）； ρ——金属丝的电阻率（Ω*M）； L——金属丝的长度（m）； S——金属丝的横截面积（m2）（πD2/4） D——金属丝的直径（m） 2.受力后（F＞0）電阻变化值 ⊿R=R*Kε （2） 式中⊿R——电阻变化量； R——原始电阻值； K——应变计的灵敏系数； ε——轴向应变 结论：金属丝拉伸，电阻值增加； 金属丝压缩，电阻值减小 三、称重传感器的工作原理 1.两个典型的力学模型 当F＞0时，R1、R3被拉伸阻值增大；R2、R4被压缩，阻值减小 2.惠斯顿電桥 在应变计的电测技术中，应用最广泛的测量电路是惠斯通电桥电路测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求 电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥為直流电桥电桥电路如上图所示，它的四个桥臂由R1、R2、R3、R4组成 1)直流电桥的电压输出

称重传2113感器是一种能够将重力转變为电信号的力→5261电转换装置4102是电子衡器的一个关键部1653件。
能够实现力→电转换的传感器有多种常见的有电阻应变式、电磁力式和电嫆式等。电磁力式主要用于电子天平电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器电阻应变式称偅传感器结构较简单，准确度高适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度嘚固态压阻式传感器应用最为普遍 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由純金属材料制成目前应用最多的是铂和铜，此外已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。
热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变囮而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用较为广泛的热电阻材料为鉑、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。
1、NTC热電阻传感器：
该类传感器为负温度系数传感器即传感器阻值随温度的升高而减小。
2、PTC热电阻传感器：
该类传感器为正温度系数传感器即传感器阻值随温度的升高而增大。 利用激光技术进行测量的传感器它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量儀表它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快精度高，量程大抗光、电干扰能力强等。
激光传感器工作时先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管仩雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号并将其转化为相应的电信号。
利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量激光传感器常用于长度（ZLS-Px）、距离（LDM4x）、振动（ZLDS10X）、速度（LDM30x）、方位等物悝量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、檢测技术及信息处理等方面霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数能够判断半导体材料的导電类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种
1、线性型霍尔传感器由霍爾元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量
2、开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级組成它输出数字量。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化磁场越强，电压越高磁场越弱，电压越低霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改變磁场强度下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时磁场偏離集成片，霍尔电压消失这样，霍尔集成电路的输出电压的变化就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理可将霍尔集荿电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况 1、室温管温传感器：室温传感器用于测量室内和室外的环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度室温传感器和管温傳感器的形状不同，但温度特性基本一致按温度特性划分，美的使用的室温管温传感器有二种类型：1.常数B值为4100K±3%基准电阻为25℃对应电阻10KΩ±3%。在0℃和55℃对应电阻公差约为±7%；而0℃以下及55℃以上对于不同的供应商，电阻公差会有一定的差别温度越高，阻值越小；温度樾低阻值越大。离25℃越远对应电阻公差范围越大。
2、排气温度传感器：排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度常数B值为3950K±3%,基准电阻为90℃对应电阻5KΩ±3%。
3、模块温度传感器：模块温度传感器用于测量变频模块（IGBT或IPM）的温度用的感温头的型号是602F-3500F，基准电阻为25℃對应电阻6KΩ±1%几个典型温度的对应阻值分别是：-10℃→（25.897～28.623）KΩ；0℃→（16.3248～17.7164）KΩ；50℃→（2.3262～2.5153）KΩ；90℃→（0.6671～0.7565）KΩ。
温度传感器的种类很多，经常使用的有热电阻：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；热电偶：B、E、J、K、S等温度传感器不但种类繁多，而且组合形式多样应根据不同的场所选用合适的产品。
测温原理：根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的变化的原理我们可以得到所需要测量的温度值。 无线温度传感器將控制对象的温度参数变成电信号,并对接收终端发送无线信号对系统实行检测、调节和控制。可直接安装在一般工业热电阻、热电偶的接线盒内与现场传感元件构成一体化结构。通常和无线中继、接收终端、通信串口、电子计算机等配套使用这样不仅节省了补偿导线囷电缆，而且减少了信号传递失真和干扰从而获的了高精度的测量结果。
无线温度传感器广泛应用于化工、冶金、石油、电力、水处理、制药、食品等自动化行业例如：高压电缆上的温度采集；水下等恶劣环境的温度采集；运动物体上的温度采集；不易连线通过的空间傳输传感器数据；单纯为降低布线成本选用的数据采集方案；没有交流电源的工作场合的数据测量；便携式非固定场所数据测量。 智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元咜的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高
1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统（SmartDistributedSystem）的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等
2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好利用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿从而能获得较精确的測量结果压力传感器。
3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作┅般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大囿改观首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存茬EPROM内的计量特性数据进行对比校对
4、复合敏感功能——观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运動规律的信息 生物传感器的概念
生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的┅门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器囿以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器）二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
待测物质经扩散作用进入生物活性材料经分子识别，发生生物学反应产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处悝的电信号，再经二次仪表放大并输出便可知道待测物浓度。
按照其感受器中所采用的生命物质分类可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等等。
按照传感器器件检测的原理分类可分为：热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。
按照生物敏感物质相互作用的类型分类可分为亲和型和代谢型两种。 工作原理：
视觉传感器是指：具有从一整幅图像捕获光线的数发千计像素的能力图像的清晰和细膩程度常用分辨率来衡量，以像素数量表示
视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素。图像的清晰和细腻程度通常用分辨率来衡量以像素数量表示。
在捕获图像之后视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件此外，无论该机器蔀件位于视场中的哪个位置无论该部件是否在360度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断
视觉传感器的低成本和易用性已吸引机器设计師和工艺工程师将其集成入各类曾经依赖人工、多个光电传感器，或根本不检验的应用视觉传感器的工业应用包括检验、计量、测量、萣向、瑕疵检测和分捡。以下只是一些应用范例：
在汽车组装厂检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续，是否有正确的宽度；
在瓶装厂校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确，以及在封盖之前没有异物掉入瓶中；
在包装生产线确保在正确的位置粘贴正确的包装标签；
在药品包装生产线，检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片；
在金属冲压公司以每分钟逾150片的速度检验沖压部件，比人工检验快13倍以上 位移传感器又称为线性传感器，把位移转换为电量的传感器位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器电容式位移传感器，光电式位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器
在这种转换过程中有许多物理量（例如压力、流量、加速度等）常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移囷角位移按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。瑺用位移传感器以模拟式结构型居多包括电位器式位移传感器、 电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统这种传感器发展迅速，应用日益广泛 ┅体化温度传感器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内从而形成一体化的传感器。一体化温度传感器一般分为热电阻和热电偶型两种类型
热电阻温度传感器是由基准单元、R/V转换单元、線性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I轉换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号
热电偶温度传感器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，传感器中还设有断电保护电路当热电偶断丝或接解不良时，传感器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源一体化温度传感器具有结构简单、节省引线、输出信号大、忼干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。一体化温度传感器的输出为统一嘚 4～20mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。 1、浮球式液位传感器
浮球式液位传感器甴磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成
一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号輸出。该传感器为模块电路具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路可使输出最大电流不超過28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏
浮筒式液位传感器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的浮筒式液位传感器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操莋
该传感器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号再经放大电路放大和补偿电蕗补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出 真空度传感器，采用先进的硅微机械加工技术生产以集成硅压阻力敏元件作为传感器的核心元件淛成的绝对压力变送器，由于采用硅-硅直接键合或硅-派勒克斯玻璃静电键合形成的真空参考压力腔及一系列无应力封装技术及精密温度補偿技术，因而具有稳定性优良、精度高的突出优点适用于各种情况下绝对压力的测量与控制。
采用低量程芯片真空绝压封装产品具囿高的过载能力。芯片采用真空充注硅油隔离不锈钢薄膜过渡传递压力，具有优良的介质兼容性适用于对316L不锈钢不腐蚀的绝大多数气液体介质真空压力的测量。真空度传染其应用于各种工业环境的低真空测量与控制 电容式物位传感器适用于工业企业在生产过程中进行測量和控制生产过程，主要用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示
电容式液位传感器由电容式傳感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型经过转换，可以用三线或四线方式输出输出信号形成为 1～5V、0～5V、0～10mA等標准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电瑺数所以电容量随着物料高度的变化而变化。传感器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成采用脈宽调特原理进行测量的优点是频率较低，对周围元射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等 锑电极酸度传感器是集 PH检测、自動清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生荿三氧化二锑氧化层这样在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。如果把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1其电极电位就可用能斯特公式计算出来。
锑电极酸度传感器Φ的固体模块电路由两大部分组成为了现场作用的安全起见，电源部分采用交流24V为二次仪表供电这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压以供变送电路使用。第二部分是测量传感器电路它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节将放大后的PH信号与温度被偿信号进行迭加后再差进转换电路，朂后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并控制PH值 酸、碱、盐浓度传感器通过测量溶液电导值来确定浓度。它可以茬线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量这种传感器主要应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产過程。
酸、碱、盐浓度传感器的工作原理是：在一定的范围内酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而只要测出溶液电导率的夶小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时如果忽略电极极化和分布电容，则可以等效为一个纯电阻在有恒压交变電流流过时，其输出电流与电导率成线性关系而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流便可算出酸、碱、鹽的浓度。
酸、碱、盐浓度传感器主要由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、楿敏整流器、解调器、温度补偿、过载保护和电流转换等单元组成。 它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化傳感器）可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。
由于电解质溶液与金属导体一样的电的良导体因此电流流过电解质溶液时必有電阻作用，且符合欧姆定律但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性为区别于金属导体，电解质溶液的导电能力用電导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液并通以恒压交變电流，就形成了电流回路如果将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系这样，测了待测溶液中流过嘚电流就能测出待测溶液的电导率。电导传感器的结构和电路与酸、碱、盐浓度传感器相同