上海鹰腾称重衡器有限公司

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重视称重传感器的安装使用与“亚健康”——浅议称重传感器的安装使用与故障检修
浏览: 发布日期:2020-03-21

一、概述

电子衡器已普遍应用于各行各业。电子衡器,主要由称重传感器、称重显示仪表和承载器等部分构成。称重传感器,是电子衡器的核心部件,称重传感器是一种知识密切型和技巧密切型多学科综合性的高技术产品。

目前,我国的电子衡器,仍以电阻应变式测量原理为主,电阻应变式称重传感器得到大量使用。

称重传感器,是称重信息技术的前沿环节,如果没有传感器对原始信息进行可靠的采集和转换,则可靠的测量是难以实现的。电阻应变式称重传感器(以下简称“称重传感器”)是一种用金属弹性体作为力———电转换功能的计量器具。称重传感器作为电子衡器的关键部件,已深为人们所关注。

由于称重传感器本身固有的特性和处在复杂恶劣的应用环境,它的故障也呈现多样性,复杂性的特点,故障发生率也高。因此,称重传感器的安装、使用和维护工作很重要。

二、称重传感器的使用特性

称重传感器,由于其工作机理上涉及的学科交错和元器件的交错,也就造成其故障成因的交错和故障诊断的困难与复杂。

称重传感器的使用故障,按原理分,大致可分三类:

(1)弹性体引起的———机械构件引起的故障;

(2)电桥及线路引起的———电桥网络线路引起的故障;

(3)粘贴工艺引起的———粘贴部位引起的故障。

不管哪类故障,都会通过“不平衡输出”反映出来。

称重传感器的“零点输出”,是制作工艺质量,设计质量的反映,也是潜在故障的一种最明显的体现。

称重传感器使用故障的形成,也是由称重传感器的技术结构特性所决定的。

称重传感器涉及力学、电学、化学等学科。故障成因复杂,判断困难。在故障形成前,能否提前诊断称重传感器处在“亚健康”状况,不是件容易的事。

(一)称重传感器的技术结构特性

称重传感器,是一种以金属弹性体作为力转换为电应变的功能元件,它由弹性体、应变计和测量电路组成。它通过粘贴在弹性体敏感表面的电阻应变计,在外加电源的激励下实现:力应变→电阻变化→电信号变化等转换。

称重传感器是一种典型的“机电一体化”器件。“机电”两者在称重传感器内部的“结合点”:是应变片和金属弹性体敏感表面的粘贴胶层。所以,称重传感器技术,是一门涉及力学、电学、化学等多门学科的边缘学科。

由于称重传感器是由机械力学、电学、化学等多门学科技术结合的产品,各种技术工艺对称重传感器的使用特性都会产生影响。

(二)称重传感器的现场使用特性

(1)环境温度对称重传感器的“零点漂移”

对于不同准确度等级的称重传感器,其零点温度系数的技术指标是相应不同的。如我国称重传感器制造执行的零点变化参数要求的规定如表1所示。

表1     下载原表

表1

环境温度对不同等级的称重传感器产生不同的影响。

称重传感器在使用现场的环境温度状况与生产制造时的补偿作业、检定作业时的环境温度状况是相差甚远的,称重传感器在使用现场出现“温漂”,大多是由现场温度“梯变”引起的。

因此,在使用中如发现称重传感器出现过大的温漂时,首先应测试使用环境的温度是否相对恒定,并应采取措施在称重传感器周围创造一个局部的相对恒定的温度环境。

(2)机械力和碰撞引起“零点变化”。电子衡器在现场使用中,时常会出现“超载、偏载、侧向”冲击力,对称重传感器产生不良影响。

1)超载与偏载,在使用中,如果施力平面与支承基面不平行,偏载情况就会恶劣。偏载或超载会使弹性体某一局部区段产生较大的塑性变形,零点就会突然变大,如果偏载引起的局部应力超出强度极限,则会造成称重传感器的损坏。

2)侧向冲击力。在电子衡器的设计安装时已考虑了侧向力的影响,各种承载机构、限位装置就是针对使用中的侧向力而设计的。侧向力引起零点突变,往往是事故性的。

(3)现场电磁场干扰引起零点变化。如使用现场的空间电磁场突然冲击或变化,致使在桥路网络上或信号传输线上激起相当量值的感应电势,会引起称重传感器的输出波动。

针对称重传感器的上述使用特性,使用单位应该从供电电源、环境温度、机械结构安装及机械操作等方面采取措施,减少或消除现场环境、安装结构和使用方法对称重传感器的影响。

三、称重传感器的安装使用

称重传感器是电子衡器的敏感元件,也是电子衡器的核心部件,而称重传感器的故障将直接影响电子衡器的准确性,而造成称重传感器故障的影响因素多而复杂,因此,用户对称重传感器的使用故障要高度重视。

(一)称重传感器的安装要求,称重传感器安装时要做到如下几点。

(1)安装基面检查。安装前应检查安装基面是否水平、坚固,上下支撑面应相互平行,并能承受足够的压力。

(2)加载装置。用户设计安装的加载装置,应保证加载力的作用与称重传感器受力轴线重合,侧载负荷和偏心负荷的影响减少至最小;要使称重传感器的轴线处于垂直位置;同一系统同时使用多个传感器时,要将各个传感器所受的载荷尽可能调整均衡,避免单个传感器因超载过大而损坏。

(3)称重传感器安装时,商标正面朝上。

(4)称重传感器安装时,应弄清受力部位和具体受力部位的对应位置;切不可在外套等部位传力,以免造成传感器损坏。

(5)安装部位的构件及配件。称重传感器安装部位的构件及配件应有足够的强度,计量中不应产生有害的应变及扭曲等变形力,并设置必要的过负荷保护装置。

(6)为了防止化学腐蚀,安装时,宜用凡士灵涂抹传感器外表面。

(7)限位装置。应尽量采用不使横向负荷作用于传感器的水平限位结构,避免热膨胀因素使传感器受到附加外力。

(二)防止起翘的安装调整,如图1所示。

图1 称重传感器防起翘与安装角度调整要求

图1 称重传感器防起翘与安装角度调整要求   下载原图

 

在安装调整中,采用水平限位模块进行安装的承载器(秤台),当外力作用时,会使承载器秤体产生“起翘”现象,因此,需安装“起翘”限位螺杆,限位螺母与承载器(秤台)平面保持1mm~2mm的空隙,限制“起翘”的幅度。如图1-A。

安装过程中,要调整称重传感器的垂直与水平度,保障如下机械角度:如图1-B。

(1)传感器中心线倾斜角度应r≤1°(度);

(2)承载面与上平面倾角应α≤2°(度);

(3)安装面与底平面倾角应β≤0.5°(度)。

(三)使用中关注机械安装的影响

(1)“搬运”。称重传感器的搬运,应轻拿轻放。冲击、碰撞、跌落都可能对称重传感器的计量性能造成损害。

(2)“系统平行”。安装称重传感器的底座,安装面应平整清洁,不应有油膜胶膜存在,应进行水平调整,尤其是称重传感器多于3个以上的称量系统,使用中更应调整各个称重传感器的水平一致。

(3)“加载力”。称重传感器的加载方向都是确定的,使用时一定要在此方向上加载,尽量避免横向力、附加弯矩扭矩的产生;承载器(秤台)上禁止长期放置重物,以防称重传感器产生“蠕变”。

(4)“防卡”。应经常检查承载系统有无运动不顺现象。可用在秤台上加、减约千分之一的额定负荷,观察显示仪表是否有反映的方法来检查可动部件是否被“沾污”或受卡。

(5)传感器短时间的过载能力,一般设计为额定载荷的150%,因此在安装和使用过程中应避免大载荷的冲击。

(四)称重传感器的接地

(1)地电位接地。局部地区的地电位,事实上是经常变动的,工业现场地电位的变化,主要来源于电器设备的漏电,电力线路的开闭和电力设备的负载变化及雷电的影响。

(2)屏蔽与外壳接地。屏蔽接地桩的位置应选择地电位恒定为零的地区,桩位应尽量就近解决。

称重传感器有全封闭的金属外壳,对粘贴在弹性体上的应变计及测量电路具有防潮作用,使内部器件不受电磁场干扰及防止热幅射的防护作用。为保证称重传感器本身有稳定的零电位,不受设备电位波动的影响,除设备须安全接地外,称重传感器外壳也应单独接地。

(3)设置称重传感器大电流回流电缆,以防止雷击时或承载器上进行电焊等操作时电流对称重传感器的影响。

(4)切勿把称重传感器承载的承载器(秤台)当作焊接地线使用,以免引起传感器的损坏。

四、称重传感器故障诊断

(一)称重传感器故障诊断方法

电子衡器的故障现象总是在系统的终端显示仪表表现出来,故障现象表现后,不要盲目地拆卸称重传感器,应采用相应的方法找出故障点。

无论是工程上使用的复杂电子衡器和测力系统,还是在实验室使用的试验装置,它们都是由一个或多个传感器、机械装置、系统中间接线盒、传输电缆和检测仪表组成的。使用现场诊断称重传感器故障时,首先应判断故障来自测量系统的哪个环节。

(1)可采用以下简易方法进行检查

1)检查机械装置的安装状态,发现和排除明显的机械故障;

2)用一台同类型不同量程的高准确度、小传感器当作标准信号发生器来测量判别显示器是否有故障;

3)打开中间接线盒,用一台正常的仪表分别检测每只称重传感器的工作状态,判断某只称重传感器是否有故障;

4)用电工三表或摇表检查电缆是否受伤。

用上述方法缩小故障范围,找出有故障的称重传感器。对有故障的称重传感器应作进一步的测试与分析,并及时了解故障发生时的运行情况。

这一点很重要,因为称重传感器引起故障,常常与违规操作使用或机械装置异常或使用环境的变化等因素有关,如果不加分析盲目地更换新的称重传感器,当雷同情况再次发生时,会重蹈覆辙,会接连损坏价格昂贵的称重传感器,给生产和经济带来更大的损失。

(2)采用监测记录、跟踪比较、分析诊断的方法,检查称重传感器的“亚健康”状态。掌握在实际称量工况条件下,传感器从亚健康到故障的时间间隙。对所有在线运行的称重传感器可进行全面监控,有效了解称重传感器在特定工况下的生命周期。

(二)诊断称重传感器“亚健康”状况

诊断“亚健康”,就是通过平时的“监测、跟踪、分析”,能在称重传感器故障发生前,提前得到提醒或预告,快速准确进行故障点判断,减少现场抢修时间,提高工作效率,减小损失。

(1)称重传感器处在“亚健康”状况最常见最敏感的现象特征

1)使用期间称重显示表时常出现零点变化,但又能自动回零,不影响称重。

2)使用期间加载标准重量时,时常出现微小超差,但通过调整可以恢复正常。有其中之一的现象,说明称量系统中存在有“亚健康”的称重传感器。

(2)跟踪、监测、分析

1)监测

(1)对称重传感器空秤的监测。在实际称量工况条件下,承载器(秤体)(或秤框)落位,各机械部件也就位。无加载,测量电子秤每只传感器在激励电压下的输出值(这是称重传感器在“空秤”状态下的输出值),按位置编号,作好记录。

(2)称重传感器空载的监测。在实际称重工况条件下,将电子秤的每只传感器置于空载状态,测量每只传感器在激励电压下的输出值(这是传感器空载的输出值),按位置编好号,作好记录。同时测量传感器的输入阻抗,输出阻抗;将记录值与出厂时厂家给出的技术指标相比较。

(3)用标准重量加载校准,在标准重量加载情况下,测量电子秤的每只传感器的输出值(这是传感器标重输出值),按位置编好号,作好记录,注明标准重量值。

2)跟踪

根据使用地点、环境条件和其它情况确定下一次测量的时间间隙,对每只称重传感器的空秤输出(或标重输出)、空载输出进行跟踪测量。

(1)利用生产空隙监测。对电子秤的每只传感器的空秤输出、空载输出进行定期测量,有条件时可测量同一标重下每只传感器的标重输出。作好记录,与原来的记录进行比较。

(2)监测间隙周期。当称重传感器的空秤输出(或标重输出)、空载输出变化较大时,跟踪的时间间隙应缩短,跟踪的密度应加大;当其输出长时间稳定时,跟踪间隙可适当延长。

(3)同一载荷在同一电子秤的监测。同一载荷在电子秤的不同点(段)进行自身比对,测量每只传感器的空秤输出、空载输出,作好记录,与原来记录进行比较。

在生产节奏快的称量工况下常用此法,掌握电子秤的运行状况。

(4)当称重传感器出现“亚健康”的现象特征时,要加大跟踪每只传感器的空秤输出(或标重输出)空载输出的测量密度,作好记录,与原来记录进行比较。

3)分析诊断

根据比较,要结合实际称量状况认真分析,去伪求真。有针对性地对现场机械部件的状态(卡、碰等)进行检查,判断是机械问题还是其它问题。如是机械问题要及时纠正解决。

称重传感器的“亚健康”,往往会伴随一定的特征现象。称重传感器的类型不同,所处的称量工况不同,反映出的亚健康状况的指标大小也不相同。

将测量得到的数据,作为分析的节点,在比较中去发现问题,找出内在规律,多次验证,形成诊断指标,指导维护工作。

五、结束语

称重传感器,是电子衡器的核心部件,称重传感器是一种知识密切型和技巧密切型多学科综合性的高技术产品。作为电子衡器的关键部件,称重传感器制造与使用,已深为人们关注。

由于称重传感器其工作机理上涉及的学科交错和元器件的交错,也就造成其故障成因的交错和故障诊断的困难与复杂。同时,称重传感器本身固有的特性和处在复杂恶劣的应用环境,它的故障也呈现多样性,复杂性的特点,故障发生率也高。

称重传感器的“零点漂移”,“零点”变化,是称重传感器可靠性的潜在危险。为减小“零点”变化,称重传感器的安装、使用和维护工作很重要。针对称重传感器的使用特性,使用单位应从供电电源、环境温度、机械结构安装及机械操作等方面采取措施,减少或消除现场环境、安装结构和使用方法对称重传感器的影响。

运行维护要诊断称重传感器的“亚健康”,通过平时的“监测、跟踪、分析”,在故障发生前,提前得到提醒预告,快速准确判断故障所在,减少现场停运时间,提高工作效率,减小生产损失。