在氣流混合機(jī)中應(yīng)變式稱重傳感器

應(yīng)變式稱重傳感器，核子式稱重傳感器，稱重傳感器

應(yīng)變式稱重傳感器是工業(yè)領(lǐng)域*常用的稱重元件之一，基于**電阻應(yīng)變效應(yīng)**原理工作，通過(guò)測(cè)量彈性體受力變形引起的應(yīng)變片電阻變化來(lái)計(jì)算載荷。以下是關(guān)于應(yīng)變式稱重傳感器的詳細(xì)解析，結(jié)合氣流混合機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景提供針對(duì)性說(shuō)明：

### **一、核心工作原理**

1. **基本結(jié)構(gòu)**  

  - **彈性體**：承受外部載荷并產(chǎn)生彈性變形（材質(zhì)多為鋁合金、不銹鋼或合金鋼）。  

  - **應(yīng)變片**：粘貼在彈性體表面，由金屬箔（如康銅）制成，隨彈性體變形發(fā)生電阻變化（ΔR/R）。  

  - **測(cè)量電路**：通過(guò)惠斯通電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)（mV級(jí)），經(jīng)放大、濾波后輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如0-10V、4-20mA）。  

2. **關(guān)鍵公式**  

  輸出電壓與載荷的關(guān)系：  

  \[

  U_{\text{out}} = \frac{U_{\text{in}} \cdot G \cdot \varepsilon}{4}

  \]  

  其中：  

  - \( U_{\text{in}} \)：橋壓（激勵(lì)電壓）  

  - \( G \)：應(yīng)變片靈敏度系數(shù)（通常2.0左右）  

  - \( \varepsilon \)：彈性體應(yīng)變值  

### **二、主要優(yōu)缺點(diǎn)與適配場(chǎng)景**

#### **優(yōu)點(diǎn)**  

1. **成本低**：?jiǎn)蝺r(jià)通常為數(shù)百至數(shù)千元，適合中小型設(shè)備或多傳感器陣列布局。  

2. **安裝靈活**：支持多種結(jié)構(gòu)形式（如柱式、懸臂梁式、S型等），適配料斗、平臺(tái)、管道等不同安裝方式。  

3. **技術(shù)成熟**：工業(yè)應(yīng)用超過(guò)50年，可靠性高，配套儀表（如稱重變送器）和軟件生態(tài)完善。  

#### **缺點(diǎn)**  

1. **抗干擾能力有限**  

  - **振動(dòng)敏感**：高頻振動(dòng)易導(dǎo)致應(yīng)變片引線斷裂或彈性體疲勞，需搭配減震裝置（如橡膠墊、彈簧阻尼器）。  

  - **溫度漂移**：環(huán)境溫度變化會(huì)引起應(yīng)變片電阻和彈性體彈性模量變化，需內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路（如熱敏電阻）。  

2. **動(dòng)態(tài)響應(yīng)局限**：常規(guī)型號(hào)響應(yīng)時(shí)間約10-100ms，難以跟蹤高速流動(dòng)的物料（如氣流輸送中的瞬時(shí)流量）。  

3. **易受粉塵/腐蝕影響**：非密封型傳感器在高粉塵或腐蝕性環(huán)境中易失效，需選擇IP67/IP68防護(hù)等級(jí)型號(hào)。  

#### **在氣流混合機(jī)中的適用場(chǎng)景**  

- **低振動(dòng)混合工況**：如靜態(tài)料斗稱重、低速攪拌混合機(jī)的物料累計(jì)計(jì)量。  

- **中等精度需求**：允許誤差范圍≥1% FS的場(chǎng)景（如建材、化工原料混合）。  

- **非惡劣環(huán)境**：無(wú)強(qiáng)粉塵、高溫、高壓的常規(guī)工業(yè)環(huán)境。  

### **三、主要類型與選型要點(diǎn)**

#### **1. 按結(jié)構(gòu)形式分類**  

| **類型**   | **典型外形** | **載荷范圍** | **適用場(chǎng)景**                          | **氣流混合機(jī)應(yīng)用建議**                |  

|------------|--------------|--------------|---------------------------------------|---------------------------------------|  

| **柱式**   | 圓柱體       | 0.5t-500t    | 大型料斗、地磅、罐體稱重              | 用于混合機(jī)進(jìn)料斗的總重量測(cè)量          |  

| **懸臂梁式** | L型懸臂      | 0.1t-50t     | 平臺(tái)秤、皮帶秤、小型料斗              | 安裝于混合機(jī)底部支撐點(diǎn)，測(cè)量動(dòng)態(tài)載荷  |  

| **S型**     | S型結(jié)構(gòu)      | 5kg-20t      | 吊鉤秤、拉力/壓力測(cè)量                  | 適用于懸掛式混合機(jī)的物料懸掛稱重      |  

| **輪輻式**  | 輪輻狀       | 5t-500t      | 高抗偏載場(chǎng)景（如多傳感器并聯(lián)布局）      | 用于大型混合機(jī)的多點(diǎn)支撐稱重系統(tǒng)      |  

#### **2. 關(guān)鍵選型參數(shù)**  

- **額定載荷（Capacity）**：需預(yù)留20%-30%過(guò)載余量，避免長(zhǎng)期滿載導(dǎo)致彈性體長(zhǎng)久變形。  

- **精度等級(jí)**：  

 - 商業(yè)級(jí)：±0.1%-±0.3% FS  

 - 工業(yè)級(jí)：±0.5%-±1% FS  

 - 高精度級(jí)：±0.02%-±0.05% FS（需定制，成本較高）  

- **輸出信號(hào)**：  

 - 模擬量：4-20mA（抗干擾強(qiáng)）、0-10V（易受噪聲影響）  

 - 數(shù)字量：RS485（Modbus協(xié)議）、USB（支持智能校準(zhǔn)）  

- **防護(hù)等級(jí)**：  

 - IP65：防噴水，適用于潮濕環(huán)境  

 - IP67/IP68：防浸水，適合高粉塵或沖洗場(chǎng)景（如食品車間）  

### **四、精度影響因素與優(yōu)化措施**

#### **1. 主要誤差來(lái)源**  

1. **溫度誤差**  

  - 表現(xiàn)：溫度每變化10℃，零點(diǎn)漂移約0.03%-0.05% FS，靈敏度漂移約0.01%-0.02% FS。  

  - 解決方案：  

    - 選擇內(nèi)置溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳎ㄈ鐜匮a(bǔ)應(yīng)變片或數(shù)字溫度傳感器）。  

    - 環(huán)境溫度波動(dòng)大時(shí)，加裝溫控箱或使用恒溫材料彈性體（如殷鋼）。  

2. **安裝誤差**  

  - 表現(xiàn)：傳感器安裝傾斜、受力不均會(huì)導(dǎo)致偏載誤差（誤差可達(dá)5%-10%）。  

  - 解決方案：  

    - 使用專用安裝支架（如球鉸支座）確保垂直受力。  

    - 多傳感器并聯(lián)時(shí)，采用均載梁結(jié)構(gòu)并進(jìn)行聯(lián)機(jī)校準(zhǔn)。  

3. **動(dòng)態(tài)載荷沖擊**  

  - 表現(xiàn)：物料快速下料或混合機(jī)啟停時(shí)，沖擊力可能導(dǎo)致瞬時(shí)過(guò)載誤差。  

  - 解決方案：  

    - 加裝緩沖裝置（如彈簧減震器、阻尼油缸）。  

    - 采用帶濾波功能的變送器，設(shè)置合理的信號(hào)平滑時(shí)間（如50-200ms）。  

#### **2. 校準(zhǔn)與維護(hù)要點(diǎn)**  

- **校準(zhǔn)周期**：  

 - 常規(guī)工業(yè)場(chǎng)景：每6-12個(gè)月校準(zhǔn)一次。  

 - 高精度場(chǎng)景（如食品醫(yī)藥）：每3-6個(gè)月校準(zhǔn)一次。  

- **校準(zhǔn)方法**：  

 - 砝碼校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼逐級(jí)加載，記錄各點(diǎn)誤差并修正。  

 - 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)：與已知重量的物料（如整袋原料）進(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。  

- **日常維護(hù)**：  

 - 定期清潔傳感器表面粉塵，避免粉塵堆積導(dǎo)致散熱**或機(jī)械卡滯。  

 - 檢查電纜連接是否松動(dòng)，屏蔽層是否接地良好，防止電磁干擾。  

### **五、在氣流混合機(jī)中的典型應(yīng)用方案**

#### **方案1：料斗稱重系統(tǒng)**  

- **配置**：4只懸臂梁式傳感器安裝于料斗底部四角，搭配稱重變送器和PLC控制系統(tǒng)。  

- **流程**：  

 1. 傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量料斗重量，信號(hào)傳輸至PLC。  

 2. PLC根據(jù)預(yù)設(shè)配比控制進(jìn)料閥開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)定量給料。  

 3. 混合過(guò)程中，通過(guò)重量變化監(jiān)控物料流失或結(jié)塊情況。  

- **優(yōu)化點(diǎn)**：  

 - 傳感器與料斗之間加裝橡膠減震墊（硬度邵氏60-70度），衰減混合機(jī)振動(dòng)影響。  

 - 采用數(shù)字式傳感器（如帶EEPROM存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)），支持快速更換后免校準(zhǔn)。  

#### **方案2：動(dòng)態(tài)流量監(jiān)測(cè)**  

- **配置**：S型傳感器安裝于進(jìn)料皮帶秤的稱重輥下方，配合速度編碼器計(jì)算瞬時(shí)流量。  

- **挑戰(zhàn)**：氣流混合機(jī)進(jìn)料時(shí)可能存在物料沖擊，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差。  

- **解決方案**：  

 - 選用動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的傳感器（采樣頻率≥500Hz）。  

 - 在軟件中設(shè)置一階慣性濾波（時(shí)間常數(shù)0.1-0.5s），平滑高頻噪聲。  

### **六、與其他傳感器的對(duì)比選型建議**

| **對(duì)比維度**       | **應(yīng)變式稱重傳感器**       | **科里奧利流量計(jì)**       | **核子式傳感器**         |  

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| **成本**           | 低（千元級(jí)）             | 高（數(shù)萬(wàn)元）             | 極高（需輻射審批）       |  

| **精度**           | 中等（0.5%-1% FS）        | 高（0.1%-0.5% FS）       | 中等（0.5%-1% FS）       |  

| **抗振動(dòng)能力**     | 需減震設(shè)計(jì)               | 強(qiáng)（無(wú)運(yùn)動(dòng)部件）         | 強(qiáng)                       |  

| **適用物料**       | 固體、液體（需容器承載）  | 液體、漿體               | 粉體、顆粒料（非接觸）   |  

| **安裝復(fù)雜度**     | 中等（需機(jī)械支撐）        | 高（需前后直管段）       | 高（需專業(yè)安裝團(tuán)隊(duì)）     |  

**結(jié)論**：在氣流混合機(jī)中，若工況為**低振動(dòng)、中等精度、固體物料**，應(yīng)變式傳感器是性價(jià)比優(yōu)選；若需**高精度液體測(cè)量或強(qiáng)腐蝕環(huán)境**，則需升級(jí)為科里奧利或核子式方案。

### **總結(jié)**  

應(yīng)變式稱重傳感器憑借成本低、易安裝的優(yōu)勢(shì)，仍是氣流混合機(jī)中*常用的稱重方案，但需針對(duì)振動(dòng)、溫度等環(huán)境因素進(jìn)行系統(tǒng)性優(yōu)化。選型時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注彈性體結(jié)構(gòu)、防護(hù)等級(jí)和校準(zhǔn)便利性，結(jié)合實(shí)際工況設(shè)計(jì)減震、溫補(bǔ)和抗干擾措施，以確保測(cè)量精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)于復(fù)雜工況，可考慮與其他傳感器（如振動(dòng)傳感器、溫度傳感器）組合使用，通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合提升系統(tǒng)可靠性。