简单介绍微型称重传感器(微型称重传感器原理)
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2024-01-04
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微型称重传感器是在传统电阻应变式传感器的基础上,结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重传感器。随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列。
针对微传感器技术发展速度快,一些理论、方法及实现技术尚未成熟的特点,本书紧密结合微传感器的最新发展动态,对热、辐射、机械、磁、化学量微传感器的基本理论及实现技术进行分类阐述,同时介绍了微传感器系统及其数据获取与处理方面的知识,旨在为读者提供一本微传感器方面的入门读物。本书帮助读者在掌握微传感器基础知识的基础上,建立微传感器设计、研究、制作及实验分析等方面的基本概念。
宁波辰邦微型称重传感器实践上是一种将质量信号转变为可丈量的电信号输出的安装。用传感器应先要思索传感器所处的实践工作环境,这点对正确选用称重传感器至关重要,它关系到传感器能否正常工作以及它的平安和运用寿命,乃至整个衡器的牢靠性和平安性。敏感元件直接感受被丈量(质量)并输出与被丈量有肯定关系的其他量的元件。如电阻应变式称重传感器的弹性体,是将被测物体的质量转变为形变;电容式称重传感器的弹性体将被测的质量转变为位移。
变换元件又称传感元件,是将敏感元件的输出转变为便于丈量的信号。如电阻应变式称重传感器的电阻应变计(或称电阻应变片),将弹性体的形变转换为电阻量的变化;电容式称重传感器的电容器,将弹性体的位移转变为电容量的变化。有时某些元件兼有敏感元件和变换元件两者的职能。如电压式称重传感器的压电资料,在外载荷的作用下,在发作变形的同时输出电量。
丈量元件将变换元件的输出变换为电信号,为进一步传输、处置、显现、记载或控制提供便当。如电阻应变式称重传感器中的电桥电路,压电式称重传感器的电荷前置放大器。
辅助电源为传感器的电信号输出提供能量。普通称重传感器均需外链电源才干工作。因而,作为一个产品必需标明供电的请求,但不作为称重传感器的组成局部。有些传感器,如磁电式速度传感器,由于他输出的能量较大,故不需求辅助电源也能正常工作。所以并非一切传感器都要有辅助电源。
微型传感器的应用:
宁波辰邦微型传感器是最为成功并最具实用性的微型机电器件,主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器;此外,还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等,这些微型传感器的面积大多在1 mm2以下。
随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得它们非常适合于汽车方面的应用。
汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。这些传感器要么是使司机了解汽车各部分状态的;要么是用于控制汽车各部分状态的。
汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好,但线性差、适应温度较低。
其中,通用型的测温范围为-50~30,精度为1.5%,响应时间为10 ms;高温型为600~1000,精度为5%,响应时间为10ms;线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使用。其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器(测温范围为-40~120,精度为2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(测温范围为-40~150,精度为2.0%,5%,响应时间约20 ms)等。
微型称重传感器的安装和使用注意事项:
宁波辰邦电阻应变式称重传微型感器本身是一种坚固、耐用和可靠的机电产品。但是,为了保证测试的准确性,我们在使用中还有很多需要注意的问题,下面列出一些基本要求。
l机械安装
称重传感器应小心轻放,尤其是合金铝弹性体制成的小容量传感器。任何撞击或跌落都可能对其测量性能造成极大损害。对于大容量的称重传感器,一般来说自重比较大,所以在搬运和安装时,要求尽量使用合适的起重设备。
传感器底座安装面应平整、干净,不得有油膜、胶膜等。安装底座本身应有足够的强度和刚度,一般要求高于传感器的强度和刚度。单个传感器安装座的安装平面应用水平仪调平。多个传感器的安装底座的安装面应尽量调整为一个水平,尤其是当传感器数量超过三个时,在称重系统中,这一点要多加注意。这样做的主要目的是使每个传感器的负载基本一致。每个称重传感器的加载方向是确定的,使用时必须在这个方向加载。应尽可能避免横向力、附加弯矩和扭矩力。
尽量使用具有自动定位(复位)功能的结构配件,如球面轴承、关节轴承、定位紧固件等,可以防止一定的侧向力作用在传感器上。需要注意的是,有些侧向力不是机械安装引起的,如热膨胀引起的侧向力,风引起的侧向力,某些容器称重仪表上搅拌器振动引起的侧向力,这些不是由机械安装引起的。通过机械安装在一些衡器上,有一些附件是必须连接到秤体上的(如集装箱秤的输送管等)。我们应该使它们在传感器加载主轴的方向上尽可能柔软,以防止它们吃掉传感器的实际组合负载而导致错误。尽量在称重传感器周围设置一些挡板,甚至用薄金属板盖住传感器。这样可以防止杂物污染传感器和某些活动部件,而这种污染往往会使活动部件不舒服,影响称重精度。可以通过以下方法判断系统是否对运动不舒服。即在秤台上加减额定载荷的千分之一左右,看称重指示器是否有反应。如果有反应,就说明活动部件没有污染。
虽然称重传感器具有一定的过载能力,但在称重系统安装过程中仍需防止称重传感器过载。需要注意的是,即使是短期过载也可能对传感器造成永久性损坏。在安装过程中,如确有必要,可先用与传感器高度相同的块体更换传感器,最后再更换传感器。在正常运行时,传感器一般应配备机械结构件,以进行过载保护。如果用螺钉固定传感器,需要一定的拧紧力矩,螺钉应有一定的旋入螺纹深度。一般来说,固定螺丝使用的是高强度螺丝。传感器应使用铰接铜线(截面积约50mm2)形成电气旁路,以保护它们免受焊接电流或雷击。传感器在使用过程中,必须避免强热辐射,尤其是一侧的强热辐射。
l电气连接
传感器的信号线不应与强电电源线或控制线平行布置(例如,不要将传感器信号线、强电电源线和控制线放在同一管道中)。如果一定要平行放置,它们之间的距离要保持在50CM以上,信号线要套上金属管。在任何情况下,电源线和控制线都应以每米50转的程度绞在一起。如需延长传感器信号线,应使用专用密封电缆接线盒。如果不使用这种接线盒,而是将电缆和电缆直接连接((焊接端),要特别注意密封和防潮。连接后应检查绝缘电阻,符合标准(2000~5000M)。如有必要,应重新校准传感器。
如果信号电缆很长,测量精度要求高,则应考虑放大器的电缆补偿电路。所有进出显示电路的电线应为屏蔽电缆。屏蔽线的连接和接地点应合理。如果不通过机械框架接地,则在外部接地,但屏蔽线相互连接后不接地并悬空。
注:三个传感器并联。传感器本身是 4 线制的,但在接线盒中用 6 线制连接代替。传感器输出信号读出电路不应与能产生强干扰的设备(如晶闸管、接触器等)和产生相当大热量的设备置于同一机柜内。如果不能保证,则应考虑在它们之间设置挡板将它们隔离,并在箱内安装风扇。用于测量传感器输出信号的电子电路应配备独立电源尽量使用变压器,而不是与接触器等设备共用一个主电源。
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微型称重传感器是在传统电阻应变式传感器的基础上,结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重传感器。随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列。
针对微传感器技术发展速度快,一些理论、方法及实现技术尚未成熟的特点,本书紧密结合微传感器的最新发展动态,对热、辐射、机械、磁、化学量微传感器的基本理论及实现技术进行分类阐述,同时介绍了微传感器系统及其数据获取与处理方面的知识,旨在为读者提供一本微传感器方面的入门读物。本书帮助读者在掌握微传感器基础知识的基础上,建立微传感器设计、研究、制作及实验分析等方面的基本概念。
宁波辰邦微型称重传感器实践上是一种将质量信号转变为可丈量的电信号输出的安装。用传感器应先要思索传感器所处的实践工作环境,这点对正确选用称重传感器至关重要,它关系到传感器能否正常工作以及它的平安和运用寿命,乃至整个衡器的牢靠性和平安性。敏感元件直接感受被丈量(质量)并输出与被丈量有肯定关系的其他量的元件。如电阻应变式称重传感器的弹性体,是将被测物体的质量转变为形变;电容式称重传感器的弹性体将被测的质量转变为位移。
变换元件又称传感元件,是将敏感元件的输出转变为便于丈量的信号。如电阻应变式称重传感器的电阻应变计(或称电阻应变片),将弹性体的形变转换为电阻量的变化;电容式称重传感器的电容器,将弹性体的位移转变为电容量的变化。有时某些元件兼有敏感元件和变换元件两者的职能。如电压式称重传感器的压电资料,在外载荷的作用下,在发作变形的同时输出电量。
丈量元件将变换元件的输出变换为电信号,为进一步传输、处置、显现、记载或控制提供便当。如电阻应变式称重传感器中的电桥电路,压电式称重传感器的电荷前置放大器。
辅助电源为传感器的电信号输出提供能量。普通称重传感器均需外链电源才干工作。因而,作为一个产品必需标明供电的请求,但不作为称重传感器的组成局部。有些传感器,如磁电式速度传感器,由于他输出的能量较大,故不需求辅助电源也能正常工作。所以并非一切传感器都要有辅助电源。
微型传感器的应用:
宁波辰邦微型传感器是最为成功并最具实用性的微型机电器件,主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器;此外,还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等,这些微型传感器的面积大多在1 mm2以下。
随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得它们非常适合于汽车方面的应用。
汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。这些传感器要么是使司机了解汽车各部分状态的;要么是用于控制汽车各部分状态的。
汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好,但线性差、适应温度较低。
其中,通用型的测温范围为-50~30,精度为1.5%,响应时间为10 ms;高温型为600~1000,精度为5%,响应时间为10ms;线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使用。其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器(测温范围为-40~120,精度为2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(测温范围为-40~150,精度为2.0%,5%,响应时间约20 ms)等。
微型称重传感器的安装和使用注意事项:
宁波辰邦电阻应变式称重传微型感器本身是一种坚固、耐用和可靠的机电产品。但是,为了保证测试的准确性,我们在使用中还有很多需要注意的问题,下面列出一些基本要求。
l机械安装
称重传感器应小心轻放,尤其是合金铝弹性体制成的小容量传感器。任何撞击或跌落都可能对其测量性能造成极大损害。对于大容量的称重传感器,一般来说自重比较大,所以在搬运和安装时,要求尽量使用合适的起重设备。
传感器底座安装面应平整、干净,不得有油膜、胶膜等。安装底座本身应有足够的强度和刚度,一般要求高于传感器的强度和刚度。单个传感器安装座的安装平面应用水平仪调平。多个传感器的安装底座的安装面应尽量调整为一个水平,尤其是当传感器数量超过三个时,在称重系统中,这一点要多加注意。这样做的主要目的是使每个传感器的负载基本一致。每个称重传感器的加载方向是确定的,使用时必须在这个方向加载。应尽可能避免横向力、附加弯矩和扭矩力。
尽量使用具有自动定位(复位)功能的结构配件,如球面轴承、关节轴承、定位紧固件等,可以防止一定的侧向力作用在传感器上。需要注意的是,有些侧向力不是机械安装引起的,如热膨胀引起的侧向力,风引起的侧向力,某些容器称重仪表上搅拌器振动引起的侧向力,这些不是由机械安装引起的。通过机械安装在一些衡器上,有一些附件是必须连接到秤体上的(如集装箱秤的输送管等)。我们应该使它们在传感器加载主轴的方向上尽可能柔软,以防止它们吃掉传感器的实际组合负载而导致错误。尽量在称重传感器周围设置一些挡板,甚至用薄金属板盖住传感器。这样可以防止杂物污染传感器和某些活动部件,而这种污染往往会使活动部件不舒服,影响称重精度。可以通过以下方法判断系统是否对运动不舒服。即在秤台上加减额定载荷的千分之一左右,看称重指示器是否有反应。如果有反应,就说明活动部件没有污染。
虽然称重传感器具有一定的过载能力,但在称重系统安装过程中仍需防止称重传感器过载。需要注意的是,即使是短期过载也可能对传感器造成永久性损坏。在安装过程中,如确有必要,可先用与传感器高度相同的块体更换传感器,最后再更换传感器。在正常运行时,传感器一般应配备机械结构件,以进行过载保护。如果用螺钉固定传感器,需要一定的拧紧力矩,螺钉应有一定的旋入螺纹深度。一般来说,固定螺丝使用的是高强度螺丝。传感器应使用铰接铜线(截面积约50mm2)形成电气旁路,以保护它们免受焊接电流或雷击。传感器在使用过程中,必须避免强热辐射,尤其是一侧的强热辐射。
l电气连接
传感器的信号线不应与强电电源线或控制线平行布置(例如,不要将传感器信号线、强电电源线和控制线放在同一管道中)。如果一定要平行放置,它们之间的距离要保持在50CM以上,信号线要套上金属管。在任何情况下,电源线和控制线都应以每米50转的程度绞在一起。如需延长传感器信号线,应使用专用密封电缆接线盒。如果不使用这种接线盒,而是将电缆和电缆直接连接((焊接端),要特别注意密封和防潮。连接后应检查绝缘电阻,符合标准(2000~5000M)。如有必要,应重新校准传感器。
如果信号电缆很长,测量精度要求高,则应考虑放大器的电缆补偿电路。所有进出显示电路的电线应为屏蔽电缆。屏蔽线的连接和接地点应合理。如果不通过机械框架接地,则在外部接地,但屏蔽线相互连接后不接地并悬空。
注:三个传感器并联。传感器本身是 4 线制的,但在接线盒中用 6 线制连接代替。传感器输出信号读出电路不应与能产生强干扰的设备(如晶闸管、接触器等)和产生相当大热量的设备置于同一机柜内。如果不能保证,则应考虑在它们之间设置挡板将它们隔离,并在箱内安装风扇。用于测量传感器输出信号的电子电路应配备独立电源尽量使用变压器,而不是与接触器等设备共用一个主电源。
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