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称重传感器的设计特征
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称重传感器的设计特征

关键字:称重传感器      

设计衡器时对称重传感器的两个特征量Vmin和DR的认识是至关重要的。

根据OIML R60国际建议,它们的定义如下:

“2.3.9 最小静载荷输出回程(DR)最小静载荷F,测量其加载前和加载后传感器输出的差值”,“2.3.10传感器最小检定分度值(Vmin)在传感器的测量范围内可被划分的最小检定分度值”。这两个特征量在衡器设计中决定了所用传感器的最小可使用范围,对它们物理意义的正确理解,有助于对传感器的正确使用。Vmin和DR两个特征量,是根据对传感器的实际测量结果、依照规定的计算公式得到的,不随传感器的使用量程或范围而改变。它们的大小确定了传感器可使用的范围。
例如:使用一只C3级,Emax=1t的传感器,是否可用来制作一台静(死)载荷为0.5t,最大秤量Max=0.3t, h=3000分度的衡器,Vmin起着决定性的作用。三种温度t,该称重传感器的最小载荷的输出实测值分别为:
t=20℃0.01500mV/V
t=40℃0.01440mV/V
t=-10℃ 0.0157mV/V
可求得每改变1℃,传感器最小载荷的最大变化为:
(0.01500-0.01440)mV/V÷20℃=0.00003mV/V/℃
对于灵敏度为2mV/V的传感器,满量程的变化为:

(0.00003÷2)×100%F·S/℃=0.0015%F·S/℃


由此,根据OIML R60(2000版)的5.5.1.3和附录的C.2.4.4,并设分配因子PLc=0.7,可求得该传感器的最小检定分度值:
Vmin=(0.0015%F·S/℃×5℃)÷0.7=0.011%F·S
或Vmin(kg)=(1000kg×0.011%F·S)÷100=0.11kg。
当要求n=3000分度时,该传感器的最小可使用范围为:
最小使用范围=(3000×0.11kg×100%)÷1000kg=33%

所以在扣除0.5t静(死)载荷,用它来设计一台Max=0.3t,n=3000分度的秤,是能满足精度要求的。


最小静载荷回程(DR)的物理意义就比较直观。它是描述速度传感器蠕变特性的物理量,根据OIML R60中:C.2.5最小静载荷回程,可由以分度值V为单位的最小静载荷误差值CDR按下式求得 DR=(Emax×CDR)/nmax 在此DR以质量为单位,且不得大于0.5V。

Vmin和DR这两个参量对设计衡器和判别同级传感器谁优谁劣是非常重要的。在2000年版的OIML R60号国际建设中,给出了两个非强制要求的附加相关量: Y=Emax/Vmin和Z=Emax/(2×DR)根据Y的数值我们很容易判断该传感器是否可用做多量程衡器或该传感器不超过最大允许误差的最小秤量范围。一般C3级传感器的Y值为10000左右。OIML R60(2000)附录给出的例中Y=12000。C3级传感器的Z值为4000左右。


DR值是用来描述多分度秤,因为此时多分度秤的最小分度值应该满足下列条件:
DR≤0.5e
也即是可由Z值来确定。
由Vmin值描述的Y值,是表征不依赖于称重传感器秤量的分辨力。用于多量程的设计。例如,在1992版OIML R76非自动衡器国际建议中给出的例子:最大秤量5kg 三级秤,其局部量程为:
e1=1g 0~2kgn=2000
e2=2g 2kg~5kgn=2000
e3=10g 5k~15kg n=2000
此时Max/e1=15000,所以若选用Y=12000的C3级传感器是不能满足该设计要求的,需选择Y≥15000的C3级传感器,才能满足要求。因为此时e1≥Vmin。另一方面设传感器的灵敏度为2mV/V,对激励电压为10V的显示仪表而言,对15000分辨力而言,一个分度相当1.33μV,若显示仪的分辨力为0.4μV/d将基本能满足要求,若显示仪表的激励电压为5V,则一个分度的电压为0.67μV。此时显示仪表的分辨力若仍为0.4μV/d就显得不够了,需选用0.2μV/d以上的显示仪表。


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