應變式稱重傳感器故障檢測方法及步驟

      本文對模擬稱重傳感器的定義、組成和工作原理予以簡要說明，在此基礎上提出稱重系統一些常見故障中有關傳感器部分的檢測方法和步驟。以便電子衡器生產和使用者對傳感器故障的
準確分析和判定，提高行業產品綜合應用的基礎技術水平。
【關鍵詞】  
    模擬稱重傳感器  
    定義  組成和工作原理  故障  
    檢測方法  檢測說明
                                                                                   
    電阻應變式稱重傳感器是一種將力信號轉換為電信號的機電元件，廣泛應用于電子稱重領域，自動控制和自動檢測領域等，是稱重和檢測系統的核心元器件。其定義、組成和工作原理如下： 
    定義：考慮到使用地點的重力加速度（g）和空氣浮力（f）的影響后，通過把其中一種被測量（質量）轉換成另外一種被測量（輸出）來測量質量的力傳感器。

                         被測量（質量）                    稱重傳感器                 輸出 

          組成：敏感元件+傳感元件+測量電路
          其中：敏感元件——彈性體；傳感元件——電阻應變計；測量電路——惠斯登電橋
          工作原理：以金屬材料為轉換元件的電阻應變計，其轉換原理是基于金屬電阻絲的電阻——應變效應。所謂應變效應是指金屬導體（電阻絲）的電阻值隨變形（伸長或縮短）而發生改變的一種物理現象。如下圖所示：
                                              L             L
                             F D                                         F
                                                             d             
                                                   
          1）受力前（F=0）電阻值                              2）受力后（F＞0）電阻變化值
                R=ρ·L/S          （1）                 
                                                                                               
                                                                                           （2）        ⊿R=R·Kε    
          式中：R——金屬絲的電阻（Ω）
                                       ；                   
                                                                   式中：⊿R——電阻變化量；
                 ρ——金屬絲的電阻率（Ω*M）
                                           ；                             R——原始電阻值；

    第八屆全國稱重技術研討會                                    
 
          L——金屬絲的長度（m）；                                K——應變計的靈敏系數；
          S——金屬絲的橫截面積（m2）（πD2/4）                  ε——軸向應變
          D——金屬絲的直徑（m） 
    結論：金屬絲拉伸，電阻值增加； 金屬絲壓縮，電阻值減小。 
    了解上述組成及原理后不難想象：電阻應變式傳感器故障往往會因為一些人為或自然因素損壞，比如傳感器過載，沖擊，或不小心跌落，大力拽傳感器導線，雷擊或大電流通過傳感器，化學腐蝕，潮氣浸蝕或高粉塵環境以及傳感器內部的元器件的老化等。直接導致的后果可能是稱重系統漂移，顯示不穩定或不顯示數據等現象。下面主要介紹稱重系統一些常見的故障中有關傳感器部分檢測方法和步驟，供我們的廣大用戶在實際中參考應用。 
    首先，在從稱重系統中拆除稱重傳感器前應該仔細慎重地判別系統的結構和傳感器是否存在下列問題： 
    1）檢查是否是系統傳力故障，可能由于灰塵，機械部位未對準，元件傳力延緩等原因，而非傳感器故障；
     2）檢查系統在傳力部位是否有損傷，銹蝕或者明顯的磨損；冬季應注意傳感器傳力部位是否有結冰現象，影響系統的傳力和復位；
     3）檢查系統的限位裝置是否工作，其間隙是否符合要求；
     4）檢查傳感器電纜線與接線盒和顯示儀表連接是否正確，有無斷線或連接導線接觸不良的情形；重點檢查總線九芯插頭及接線盒內的接線可靠性；
     5）檢查接線盒和儀表是否有故障，尤其是接線盒中電位器和接線端子的情況；
     6）檢查傳感器是否銹蝕、受潮（特別是貼片孔區域）；傳感器電纜線的完整性；傳感器電纜線入口處的環境等。
     ※ 建議用戶配備下述的儀表設備作為檢測傳感器的必要的裝置：
     A）高性能經校準的數字萬用表（四位半以上），檢查準確度能達到±0.Ω和±0.01mv, 檢查傳感器的零點輸出和橋路完整性；
     B）兆歐表（絕緣表），測試傳感器的絕緣阻抗。推薦量程范圍 50VDC 下測試 5000MΩ。
     一般傳感器生產廠家均應按照相關的技術標準生產，該產品詳細的技術性能數據在隨產品附送的合格證上，合格證上提供了詳細的輸入/輸出阻抗，絕緣阻抗，零點輸出，輸出靈敏度和正確的接線代碼標識等。
     特別建議：傳感器企業要更快更準確的對用戶退回的傳感器進行分析反饋，應需要廣大用戶的大力配合，建議通過下表形式將您在現場遇到的故障情況詳細做好記錄，隨產品或直接傳真給傳感器公司，以便對癥分析，反饋改善措施。提供如下樣表，供用戶參考。同時衡器企業也應通過此表記錄情況對服務人員的工作情況作出一定的檢查。  
    檢測說明： 
    *步：零點輸出檢查 
    零點輸出，即傳感器在沒有載荷的情形下的輸出值，所有的載荷（包括秤體、傳力件等靜載荷）都必須去掉的情況下，測試傳感器的輸出。傳感器零點應該是在傳感器設計安裝使用要求的狀態下測試所得值，防止傳感器本身自重帶來的錯誤影響。傳感器應該連接在穩壓電源上，采用產品說明書或樣本中推薦使用的激勵電壓。測試紀錄傳感器的毫伏電壓輸出值，除以傳感器的激勵電壓，就得出傳感器的零點輸出值（mV/V 。 ）比較這個輸出值與傳感器的合格證上的數值（如果可能）或者與傳感器公司的樣本中相應數據，即可得出傳感器的零點輸出是否合格的結論。 
    分析：傳感器零位*性的變化一般會因為傳感器的超載或受瞬間沖擊導致。而如果傳感器的零位周期性的變化可能是由于應變計受潮或由于其他原因導致的內部變化所致，當然這種情況也可以檢測傳感器的絕緣阻抗和測試橋路電阻檢查出來。 
    第二步：測試絕緣阻抗 
    一般我們要求測試傳感器的引出線和傳感器本體（彈性體，外殼等）之間的阻抗。注意，將傳感器和接線盒以及儀表斷開。調試好絕緣測試箱（表），然后將表筆一端接傳感器的電纜線（輸出，輸入，屏蔽線等），一端接傳感器的本體（彈性體，外殼等）。一般要求，該阻抗≥5000MΩ。注意：不得使用絕緣箱的表筆測試傳感器的輸入，輸出阻抗，因為絕緣箱的輸出電壓高于傳感器內部電器元件的耐壓值。 
    分析：我們一般要求傳感器引出線與彈性體間的絕緣阻抗≥5000MΩ。絕緣值偏低可能是由于傳感器橋路受潮或局部橋路受損。特別低的絕緣阻抗（≤1KΩ）可能是傳感器受潮嚴重而導致橋路與彈性體短接或內部連線絕緣層擊穿受損。傳感器絕緣低的直接表現就是傳感器輸出不穩定，而且會隨環境條件的變化而變化，甚至受打印機的工作干擾。 
    第三步：測試橋路阻抗 
    測試橋路阻抗就是檢測傳感器橋路的完整性，檢測時，應將傳感器同接線盒和其它測試設備斷開。輸入和輸出阻抗測試是用數字萬用表表筆依次在傳感器的輸入端頭和輸出端頭處量取阻抗值，對比測試值與產品的合格證的數值；橋路對稱度的確認是指用數字萬用表量取一個輸入端同一個輸出端間的阻抗，依次量取可以得出 4 組阻抗值，在*對稱補償的傳感器中，該四組阻抗值的極差值不得大于 1Ω（精度低的萬用表該值不得大于 2Ω）
                                                     。 
    分析：橋路阻抗的變化常常是由于橋路受損或斷開，電子元器件失效或內部短路。這可能是由于大電流或電壓（雷擊或焊接電流）擊穿燒毀電橋，或者由于沖擊或震動疲勞導致，或者超高溫度等原因導致。 
     第四步：測試傳感器輸出 
    將傳感器單獨接在穩壓電源上，使用激勵電壓 10～15VDC。 將傳感器的輸出端接在毫伏表上（或將萬用表打在直流毫伏檔），依據傳感器的安裝使用狀態，在傳感器的加載端上加載，觀測傳感器

    第八屆全國稱重技術研討會的輸出變化。 
    分析：正常情形下，傳感器應該有一個正向的輸出。如果傳感器的輸出異常，可能是由于傳感器接線錯誤或者傳感器應變計與彈性體基體脫落、內部斷路等導致。 
    關于傳感器檢查表 
    文中向客戶提供了一份傳感器檢查表，意在指導我們的用戶進行對傳感器的檢測，請盡可能按照該份表格填寫檢測內容。一方面，傳感器公司質量分析人員可以依據該內容判斷用戶使用中的故障內容，從而對用戶方的使用進行有目的性的指導、幫助；另一方面，對用戶退回的產品，傳感器公司可以依據用戶提供的表內信息進行有目的的判定，以提高分析的針對性和分析效率，加快信息反饋速度。zui終希望能在雙向溝通交流中推動我們傳感器及衡器基礎技術的良好發展。